JP2013121489A - Sleep stage detection device, sleep stage calculation device, and sleep stage detection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被験者の睡眠状態を検出する睡眠状態検出装置、及び被験者の睡眠状態を演算により求める睡眠状態演算装置、及び睡眠状態検出システムに関する。 The present invention relates to a sleep state detection device that detects a sleep state of a subject, a sleep state calculation device that calculates a sleep state of a subject by calculation, and a sleep state detection system.
一般に、人間の睡眠は睡眠の深さに応じてレム(REM;Rapid eye movement)睡眠、ノンレム睡眠に分類され、更に、ノンレム睡眠は浅いノンレム睡眠と深いノンレム睡眠に分類されることが知られている。このような眠りの深さを測定することは、被験者の体調を管理する上で重要な要素となっている。 In general, human sleep is classified into REM (Rapid eye movement) sleep and non-REM sleep according to the depth of sleep, and non-REM sleep is classified into shallow non-REM sleep and deep non-REM sleep. Yes. Measuring the depth of such sleep is an important factor in managing the physical condition of the subject.
睡眠の深さを検出する装置として従来より、例えば特開2009−112402号公報(特許文献1)に記載されたものが知られている。該特許文献1では、被験者の頭部近傍に脳波検出端子を取り付け、この脳波検出端子を用いて被験者の脳波を検出し、検出される脳波に含まれるδ波(周波数0.5〜4.0Hz)、α波(周波数8.0〜12.0Hz)、σ波(周波数12.0〜16.0Hz)、β波(周波数13.0〜40.0Hz)の含有量、及び含有率に基づいて被験者の睡眠状態、即ち、被験者の睡眠がレム睡眠、浅いノンレム睡眠、或いは深いノンレム睡眠のうちのいずれであるかを判断することが開示されている。
As an apparatus for detecting the depth of sleep, a device described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-112402 (Patent Document 1) has been known. In
しかしながら、上述した特許文献1に開示された従来例では、被験者の脳波を検出し、更に脳波に含まれるδ波、α波、σ波、β波の含有量、及び含有率を用いて睡眠状態を判断しており、これらの含有量、及び含有率は個人差が大きく、多くの被験者に対して一義的に睡眠状態を検出することが難しいという問題がある。また、被験者の筋電図のデータを用いていないので、睡眠状態の検出精度が低下するという問題があった。
However, in the conventional example disclosed in
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、被験者の個人差による影響を低減し、且つより高精度に睡眠状態を検出することが可能な睡眠状態検出装置、睡眠状態演算装置、及び睡眠状態検出システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and the object of the present invention is to reduce the influence of individual differences among subjects and to detect a sleep state with higher accuracy. It is in providing the possible sleep state detection apparatus, the sleep state calculation apparatus, and the sleep state detection system.
上記目的を達成するため、本願請求項1に記載の睡眠状態検出装置は、被験者の睡眠状態を検出する睡眠状態検出装置において、前記被験者の前額部に設けられた少なくとも3個の電極と、前記電極により検出される脳波から、所望の低周波成分を除去するパッシブ型のハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの出力信号から、筋電図に相当する所定周波数よりも高い周波成分を除去するアクティブ型のローパスフィルタと、前記ローパスフィルタを通過した信号をスペクトル解析するスペクトル解析手段と、前記スペクトル解析手段より出力されるスペクトル解析データを、携帯式の記憶媒体に書き込む記憶媒体入出力手段と、を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the sleep state detection device according to
請求項2に記載の発明は、前記ローパスフィルタを通過した信号を原波形データとして出力する原波形出力手段を更に備え、前記記憶媒体入出力手段は、前記スペクトル解析データに加え、前記原波形データを前記記憶媒体に書き込むことを特徴とする。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、前記3個の電極は、前記被験者の前額部に貼り付け可能な粘着性導電ゲル電極であり、各電極を粘着性絶縁ゲルシートを用いて、前記前額部に貼り付けることを特徴とする。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、前記前額部に設けられ、前記被験者の脈波を検出する脈波検出手段を更に備え、前記記憶媒体入出力手段は、前記携帯式の記憶媒体に前記脈波検出手段で検出される脈波データを書き込むことを特徴とする。 The invention according to claim 4 is further provided with a pulse wave detecting means provided on the forehead portion for detecting the pulse wave of the subject, and the storage medium input / output means is connected to the portable storage medium with the pulse wave. The pulse wave data detected by the wave detection means is written.
請求項5に記載の発明は、前記前額部に設けられ、前記被験者頭部の向きを検出する加速度検出手段を更に備え、前記記憶媒体入力手段は、前記携帯式の記憶媒体に前記加速度検出手段で検出される加速度データを書き込むことを特徴とする。 The invention according to claim 5 is further provided with acceleration detection means provided on the forehead portion for detecting the orientation of the subject's head, and the storage medium input means is configured to detect the acceleration on the portable storage medium. The acceleration data detected by the means is written.
請求項6に記載の睡眠状態演算装置は、被験者の脳波に基づいて得られるスペクトル解析データに基づいて、該被験者の睡眠状態を演算する睡眠状態演算装置において、前記スペクトル解析データが記憶された記憶媒体の記憶データを読み取るデータ読み取り手段と、前記スペクトル解析データに含まれるδ波、θ波、α波、β波、及び前額筋電図のデータに基づき、δ波レベルをδ、θ波レベルをθ、α波レベルをα、β波レベルをβ、前額筋電図のレベルをemgとしたとき、「X=δ/(δ+θ+α+β+emg)」の演算を実行してδ波の含有率Xを求める演算手段と、前記演算手段で求められた含有率Xに基づき、前記被験者の睡眠状態が、覚醒、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び、深いノンレム睡眠、のうちの何れであるかを検出する睡眠状態検出手段と、を備えることを特徴とする。
The sleep state calculation device according to
請求項7に記載の発明は、前記データ読み取り手段は、前記スペクトル解析データに加えて、前記記憶媒体に記憶されている前記脳波の原波形データを読み取り、前記原波形データに基づいて、眼電図を読み取る眼電図読み取り手段を更に備え、前記睡眠状態検出手段は、前記含有率Xに加え、前記眼電図読み取り手段で読み取られる眼電図に基づいて、前記被験者の睡眠状態が、覚醒、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び、深いノンレム睡眠、のうちの何れであるかを検出することを特徴とする。 In the invention according to claim 7, the data reading means reads the original waveform data of the electroencephalogram stored in the storage medium in addition to the spectrum analysis data, and based on the original waveform data, An electrooculogram reading unit for reading a figure is further provided, and the sleep state detection unit is configured to determine whether the sleep state of the subject is awake based on the electrooculogram read by the electrooculogram reading unit in addition to the content rate X. , REM sleep, shallow non-REM sleep and deep non-REM sleep.
請求項8に記載の発明は、記憶媒体には前記スペクトル解析データに加え、被験者の脈波データ、及び被験者頭部の向きを示す加速度データの少なくとも一方が記憶され、前記データ読み取り手段は、前記スペクトル解析データに加えて、前記記憶媒体に記憶されている被験者の脈波データ、及び被験者頭部の向きを示す加速度データの、少なくとも一方を読み取り、前記睡眠状態検出手段は、前記スペクトル解析データに加え、前記脈波データ及び前記加速度データの少なくとも一方を用いて前記被験者の睡眠状態が、覚醒、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び、深いノンレム睡眠、のうちの何れであるかを検出することを特徴とする。
In the invention according to
請求項9に記載の発明は、前記データ読み取り手段で読み取られたスペクトル解析データを移動平均処理する移動平均処理手段を更に備えたことを特徴とする。
The invention according to
請求項10に記載の睡眠状態検出システムは、被験者の睡眠状態を検出する睡眠状態検出システムにおいて、前記被験者の前額部に設けられた少なくとも3個の電極と、前記電極により検出される脳波から、所望の低周波成分を除去するパッシブ型のハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの出力信号から、所望の高周波成分を除去するアクティブ型のローパスフィルタと、前記ローパスフィルタを通過した信号をスペクトル解析するスペクトル解析手段と、前記スペクトル解析手段より出力されるスペクトル解析データに含まれるδ波、θ波、α波、β波、及び前額筋電図のデータに基づき、δ波レベルをδ、θ波レベルをθ、α波レベルをα、β波レベルをβ、筋電図のレベルをemgとしたとき、「X=δ/(δ+θ+α+β+emg)」の演算を実行してδ波の含有率Xを求める演算手段と、前記演算手段で求められた含有率Xに基づき、前記被験者の睡眠状態が、覚醒、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び、深いノンレム睡眠、のうちの何れであるかを検出する睡眠状態検出手段と、を備えることを特徴とする。
The sleep state detection system according to
請求項11に記載の発明は、前記ローパスフィルタを通過した信号を原波形データとして出力する原波形出力手段と、該原波形データに基づいて、眼電図を読み取る眼電図読み取り手段と、を更に備え、前記睡眠状態検出手段は、前記含有率Xに加え、前記眼電図読み取り手段で読み取られる眼電図に基づいて、前記被験者の睡眠状態が、覚醒、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び、深いノンレム睡眠、のうちの何れであるかを検出することを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided an original waveform output unit that outputs a signal that has passed through the low-pass filter as original waveform data, and an electrooculogram reading unit that reads an electrooculogram based on the original waveform data. In addition to the content rate X, the sleep state detection unit may be configured such that the sleep state of the subject is awake, REM sleep, shallow non-REM sleep, based on an electrocardiogram read by the electrooculogram read unit. , Deep non-REM sleep is detected.
請求項12に記載の発明は、前記前額部に設けられ、前記被験者の脈波を検出する脈波検出手段を更に備え、前記睡眠状態検出手段は、前記脈波検出手段で検出される脈波データに基づいて、前記被験者の睡眠状態が、覚醒、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び、深いノンレム睡眠、のうちの何れであるかを検出することを特徴とする。
The invention according to
請求項13に記載の発明は、前記前額部に設けられ、前記被験者頭部の向きを検出する加速度検出手段を更に備え、前記睡眠状態検出手段は、前記加速度検出手段で検出される加速度データに基づいて、前記被験者の睡眠状態が、覚醒、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び、深いノンレム睡眠、のうちの何れであるかを検出することを特徴とする。
The invention according to
請求項14に記載の発明は、前記スペクトル解析手段より出力されるスペクトル解析データを移動平均処理する移動平均処理手段を更に備えたことを特徴とする。
The invention described in
本発明の請求項1に係る睡眠状態検出装置では、3個の電極にて検出される脳波データからアクティブ型のローパスフィルタ、及びパッシブ型のハイパスフィルタを用いてδ波、θ波、α波、β波及び筋電図emgの波形データを取得し、この波形データをフーリエ変換してスペクトル解析データを取得するので、被験者の睡眠状態を検出するために用いる脳波データを高精度に測定することが可能となる。
In the sleep state detection apparatus according to
また、請求項2の発明では、各フィルタで処理された脳波データの原波形データを取得して記憶媒体に記憶するので、スペクトル解析データのみならず原波形データを用いた高精度な睡眠状態の検出を行うことが可能となる。
In the invention of
請求項3の発明では、被験者に取り付ける電極として、粘着性導電ゲル電極を用い、且つ粘着性絶縁ゲルシートを用いて被験者の前額部に貼り付けるので、簡単に取り付けることができ、且つ簡単に取り外すことが可能となる。
In the invention of
請求項4の発明では、脈波検出手段により被験者の脈波データを検出し、検出した脈波データを記憶媒体に記憶するので、脈波データを用いた高精度な睡眠状態の検出を行うことができる。 In the invention of claim 4, since the pulse wave data of the subject is detected by the pulse wave detection means and the detected pulse wave data is stored in the storage medium, the sleep state can be detected with high accuracy using the pulse wave data. Can do.
請求項5の発明では、加速度検出手段により被験者の頭部の向きを検出し、検出した加速度データを記憶媒体に記憶するので、加速度データを用いた高精度な睡眠状態の検出を行うことができる。 In the invention of claim 5, since the direction of the head of the subject is detected by the acceleration detecting means and the detected acceleration data is stored in the storage medium, it is possible to detect the sleep state with high accuracy using the acceleration data. .
請求項6に係る睡眠状態演算装置では、スペクトル解析データに含まれるδ波、θ波、α波、β波、及び前額筋電図(emg)のデータに基づき、X=δ/(δ+θ+α+β+emg)の演算を実行してδ波の含有率Xを求め、この含有率Xに基づいて被験者の睡眠状態を検出するので、従来の筋電図を使用しない場合と比較して高精度な睡眠状態の検出が可能となる。
In the sleep state computing device according to
請求項7の発明では、原波形データに基づいて眼電図を読み取り、この眼電図に基づいてレム睡眠、またはノンレム睡眠を検出するので、より高精度な睡眠状態の検出が可能となる。 According to the seventh aspect of the present invention, an electrooculogram is read based on the original waveform data, and REM sleep or non-REM sleep is detected based on the electrooculogram. Therefore, a more accurate sleep state can be detected.
請求項8の発明では、スペクトル解析データに加えて、脈波データ、及び加速度データのうちの少なくとも一方を読み取り、これらのデータを用いて被験者の睡眠状態を検出するので、より高精度に睡眠状態を検出することが可能となる。
In the invention of
請求項9の発明では、スペクトル解析データを移動平均処理するので、スペクトル解析データ全体を平滑化することができ、頻繁なデータ変動を回避した高精度な睡眠状態の検出が可能となる。
In the invention of
請求項10に係る睡眠状態検出システムでは、被験者に取り付けた電極により脳波データを検出し、更にこの脳波データをフーリエ変換してスペクトル解析データを取得し、このスペクトル解析データに含まれるδ波、θ波、α波、β波、及び前額筋電図(emg)のデータに基づき、X=δ/(δ+θ+α+β+emg)の演算を実行してδ波の含有率Xを求め、この含有率Xに基づいて被験者の睡眠状態を検出するので、従来の筋電図を使用しない場合と比較して高精度な睡眠状態の検出が可能となる。
In the sleep state detection system according to
請求項11の発明では、電極にて検出された脳波の原波形データに基づいて眼電図を読み取り、この眼電図に基づいてレム睡眠、またはノンレム睡眠を検出するので、より高精度な睡眠状態の検出が可能となる。 According to the eleventh aspect of the invention, an electrooculogram is read based on the original waveform data of the electroencephalogram detected by the electrode, and REM sleep or non-REM sleep is detected based on the electrooculogram. The state can be detected.
請求項12の発明では、脈波検出手段により被験者の脈波データを検出し、この脈波データに基づいて被験者の睡眠状態を検出するので、より高精度な睡眠状態の検出が可能となる。 In the twelfth aspect of the invention, the pulse wave detection means detects the pulse wave data of the subject, and the sleep state of the subject is detected based on the pulse wave data. Therefore, the sleep state can be detected with higher accuracy.
請求項13の発明では、加速度検出手段により被験者の加速度データを検出し、この加速度データに基づいて被験者の睡眠状態を検出するので、より高精度な睡眠状態の検出が可能となる。
In the invention of
請求項14の発明では、スペクトル解析データを移動平均処理するので、スペクトル解析データ全体を平滑化することができ、頻繁なデータ変動を回避した高精度な睡眠状態の検出が可能となる。
In the invention of
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態の説明]
図1は、本発明の第1実施形態に係る睡眠状態検出システムの構成を示すブロック図、図2は、図1に示すノッチフィルタ17、ハイパスフィルタ18、及びローパスフィルタ19による周波数特性を示す説明図、図3は、被験者の前額部に第1〜第3電極11,12,13を取り付ける様子を示す説明図である。
[Description of First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the sleep state detection system according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanation showing frequency characteristics of the
図1に示すように、この睡眠状態検出システム101は、被験者の睡眠状態を検出する睡眠状態検出装置102と、該睡眠状態検出装置102で検出された脳波データに基づいて被験者の睡眠状態を求める睡眠状態演算装置103から構成されている。
As shown in FIG. 1, the sleep
睡眠状態検出装置102は、基準電極となる第1電極11と、活性電極となる第2電極12と、いわゆるボディーアースとされる第3電極(中性点電極)13と、の3つの電極を備えている。そして、各電極11,12,13は、被験者の前額部に横方向に並べて配置される。即ち、図3(a),(b)に示すように、被験者Pの前額部中央に第3電極13が取り付けられ、その左右にそれぞれ第1電極11、及び第2電極12が取り付けられる。そして、各電極11,12,13は、例えば粘着性導電ゲルで構成することができ、このような構成とすることにより、被験者の前額部に容易に貼り付けることができる。更に、各電極11,12,13を覆うように粘着性の絶縁ゲルシート25が貼り付けられている。これにより、各電極11,12,13が被験者の前額部から外れることを防止でき、また、使用後には容易に取り外すことが可能となる。
The sleep
また、図1に示すように、第1電極11はバッファアンプ14のプラス端子に接続され、更に、このバッファアンプ14の出力端子は差動増幅器16のプラス端子に接続されている。他方、第2電極12はバッファアンプ15のプラス端子に接続され、更に、このバッファアンプ15の出力端子は差動増幅器16のマイナス端子に接続されている。また、ボディアースとされる第3電極13は、差動増幅器16の接地端子に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
そして、被験者の脳波は、第1電極11を基準電極とし、第2電極12を活性電極とする双極導出(電極間の電位変化の差を求める導出法)により取り出されることになる。
The subject's brain waves are extracted by bipolar derivation (derivation method for obtaining a difference in potential change between the electrodes) using the
また、差動増幅器16の出力側には、ノッチフィルタ17と、パッシブ型のハイパスフィルタ18と、アクティブ型のローパスフィルタ19と、増幅部20、及びスペクトル解析処理部21が設けられている。
On the output side of the
ノッチフィルタ17は、Q値の高いバンドストップフィルタとして構成され、差動増幅器16より出力される信号に含まれる商用周波数帯域(50Hzまたは60Hz)の成分を取り除くフィルタである。
The
ハイパスフィルタ18は、パッシブ型とされており、図2の帯域F1に示すように周波数1[Hz]よりも低い周波数に対して、徐々にカットオフ特性が低下する特性を有している。従って、1[Hz]よりも低い周波数帯域の脳波が大量に検出されることを防止できる。換言すれば、1[Hz]未満の周波数帯域の脳波を適度に検出し、脳波全体の検出精度を向上させることが可能となる。
The high-
ローパスフィルタ19は、アクティブ型とされており、図2に示すように90[Hz]にカットオフ周波数が設定されている。
The low-
従って、各フィルタ17,18,19は、図2に示す如くのカットオフ特性を有している。具体的には、周波数1[Hz]から0.5[Hz]に向けて利得が徐々に低下する特性を有し、商用周波数である50[Hz]に減衰域が設定され、更に、周波数90[Hz]の近傍が上限となる特性を有している。
Therefore, each
図1に示す増幅部20は、ローパスフィルタ19を通過した信号を増幅し、スペクトル解析処理部21に出力する。スペクトル解析処理部21は、増幅部20より出力される信号に対してFFT(高速フーリエ変換)処理を実施し、脳波データを各周波数毎のスペクトル解析データに変換する。
The
記憶メディア入出力部23は、操作者が携行可能なメモリカード24(記憶媒体)が挿入された際に、このメモリカード24にスペクトル解析データを書き込む機能を備えている。本実施形態では、スペクトル解析処理部21より出力されるスペクトル解析データをメモリカード24に書き込む処理を行う。
The storage medium input /
また、睡眠状態演算装置103は、メモリカード24に書き込まれているデータを読み取るデータ読み取り部31と、総括的な制御を行う演算制御部32と、該演算制御部32における演算処理に関するプログラムを記憶する演算プログラム記憶部33と、演算制御部32による演算処理実行時に各種のデータの書き込み、及び読み出しを行うメモリ34と、を備えている。更に、操作者による各種の入力操作を受け付ける入力操作部35と、各種のデータを画面に表示する表示部36を備えている。
The sleep
また、演算プログラム記憶部33に記憶される演算プログラムには、スペクトル解析データに基づいて被験者の睡眠状態を演算するアプリケーションプログラムが含まれている。なお、睡眠状態演算装置103は、例えば、中央演算ユニット(CPU)や、RAM、ROM、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。
In addition, the calculation program stored in the calculation
演算制御部32は、睡眠状態演算装置103全体を制御する。特に、スペクトル解析データに含まれるδ波、θ波、α波、β波、及び前額筋電図(emg)のデータに基づき、後述する演算式によりδ波の含有率Xを求める処理を実行する。更に、求められた含有率に基づいて、被験者Pの睡眠状態が、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び、深いノンレム睡眠、のうちの何れであるかを検出する処理を実行する。即ち、演算制御部32は、演算手段としての機能を備え、更に、睡眠状態検出手段としての機能を備えている。
The
次に、上述のように構成された本実施形態に係る睡眠状態検出システム101の作用について説明する。図3に示したように、被験者Pの前額部に各電極11,12,13を取り付けた状態で被験者が睡眠状態になると、各電極11,12,13により該被験者Pの脳波及び筋電図の波形が検出される。
Next, the operation of the sleep
検出された波形データは、図1に示したノッチフィルタ17、ハイパスフィルタ18、ローパスフィルタ19をそれぞれ通過することにより、図2に示す周波数特性の波形が取得されることになる。即ち、周波数が0.5[Hz]〜90[Hz]の範囲であり、このうち0.5[Hz]〜1[Hz]の範囲では利得が徐々に減衰する特性を有し、更に50[Hz]近傍の信号がカットされた波形データが取得されることになる。
The detected waveform data passes through the
このローパスフィルタ19を通過した波形データは、増幅部20で増幅された後、スペクトル解析処理部21にてスペクトル解析処理が行われる。具体的には、高速フーリエ変換(FFT)処理が実行され、各周波数のスペクトルが検出される。
The waveform data that has passed through the low-
そして、このスペクトル解析データは、図1に示す記憶メディア入出力部23にて、ユーザの操作によりメモリカード24に書き込まれる。その後、データが書き込まれたメモリカード24は、ユーザにより睡眠状態演算装置103のデータ読み取り部31に挿入されて、該メモリカード24に書き込まれているスペクトル解析データが演算制御部32の制御により読み取られる。
Then, the spectrum analysis data is written into the
本実施形態では、全体のスペクトル解析データのうち、0.5〜4[Hz]の波形データをδ波とし、5〜7[Hz]の波形データをθ波とし、8〜13[Hz]の波形データをα波とし、14〜30[Hz]の波形データをβ波とし、31〜48[Hz]及び52〜90[Hz]の波形データを筋電図(emg)としている。そして、δ波、θ波、α波、β波、筋電図のレベル(スペクトル解析データの振幅)をそれぞれ同一の記号δ、θ、α、β、emgで示した場合、下記の(1)式にて全体の波形レベルの合計に対するδ波レベルの含有率Xを算出する。 In the present embodiment, among the entire spectrum analysis data, waveform data of 0.5 to 4 [Hz] is δ wave, waveform data of 5 to 7 [Hz] is θ wave, and 8 to 13 [Hz]. The waveform data is an α wave, the waveform data of 14 to 30 [Hz] is a β wave, and the waveform data of 31 to 48 [Hz] and 52 to 90 [Hz] is an electromyogram (egg). When the levels of δ wave, θ wave, α wave, β wave, and electromyogram (amplitude of spectrum analysis data) are indicated by the same symbols δ, θ, α, β, and emg, respectively (1) The content rate X of the δ wave level with respect to the total of the entire waveform level is calculated by the equation.
X=δ/(δ+θ+α+β+emg) …(1)
即ち、図1に示す演算制御部32の制御により、演算プログラム記憶部33に記憶されているアプリケーションプログラムを実行し、メモリカード24に記憶されているスペクトル解析データに基づいて上記(1)の演算を実行する。そして、各波形レベルの合計に対するδ波の比率を求め、これを含有率Xとする。
X = δ / (δ + θ + α + β + egg) (1)
That is, under the control of the
上記の処理により、例えば、図4(b)の符号S1に示す如くの特性曲線を得ることができる。なお、図4(b)に示す曲線S1は、過去60回分の含有率Xの測定結果の移動平均を示している。移動平均処理の詳細については後述する。 By the above processing, for example, a characteristic curve as shown by reference numeral S1 in FIG. 4B can be obtained. In addition, curve S1 shown in FIG.4 (b) has shown the moving average of the measurement result of the content rate X for the past 60 times. Details of the moving average process will be described later.
そして、本実施形態では、含有率X(曲線S1)に対して、第1閾値TH1、第2閾値TH2、及び第3閾値TH3を設定する(但し、TH1<TH2<TH3)。また、各閾値TH1〜TH3に基づき、含有率XがTH1未満である場合には被験者Pは起きている(覚醒状態である)ものと判断し、TH1〜TH2の間である場合には被験者Pはレム睡眠状態であると判断し、TH2〜TH3の間である場合には被験者Pは浅いノンレム睡眠状態であると判断し、TH3以上である場合には被験者Pは深いノンレム睡眠状態であると判断する。 In the present embodiment, the first threshold value TH1, the second threshold value TH2, and the third threshold value TH3 are set for the content rate X (curve S1) (where TH1 <TH2 <TH3). Further, based on the respective threshold values TH1 to TH3, it is determined that the subject P is awake (in an arousal state) when the content ratio X is less than TH1, and the subject P is determined when it is between TH1 and TH2. Is determined to be in a REM sleep state, and if it is between TH2 and TH3, it is determined that the subject P is in a shallow non-REM sleep state, and if it is greater than TH3, the subject P is in a deep non-REM sleep state. to decide.
そして、演算制御部32では、各閾値TH1〜TH3と曲線S1との大きさを比較することにより、図4(a)に示すように、被験者Pが入眠した後における睡眠状態(レム睡眠、浅いノンレム睡眠、深いノンレム睡眠)を検出することができる。即ち、この被験者Pは、測定開始後およそ30分経過して入眠し、その後、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、深いノンレム睡眠、浅いノンレム睡眠、レム睡眠・・をおよそ60分周期で繰り返していることが判る。
And in the
従って、例えば、被験者Pが自宅で睡眠する際に、図1に示した睡眠状態検出装置102を用いて、被験者Pの脳波、及び筋電図を取得し、更にこのデータをメモリカード24に記憶し、このメモリカード24を病院に持参することにより、該病院に設置されている睡眠状態演算装置103にて被験者Pの睡眠状態を解析することができる。従って、被験者Pがどのような睡眠状態で入眠しているかを一目瞭然で担当医に認識させることができ、被験者Pの睡眠についての診断を容易に行うことが可能となる。
Therefore, for example, when the subject P sleeps at home, the sleep
ここで、本実施形態では、前述した(1)式に示したように、睡眠状態を判断する目安であるδ波の含有率Xを算出する際に筋電図emgを用いており、以下に筋電図emgを用いる理由について説明する。 Here, in the present embodiment, as shown in the above-described equation (1), the electromyogram emg is used when calculating the content rate X of the δ wave that is a guideline for determining the sleep state. The reason for using the electromyogram emg will be described.
図5は、2人の被験者P1,P2に対して睡眠時における脳波を測定し、脳波のスペクトル解析データから取得される各被験者P1,P2のδ波レベルを示す特性図であり、図5(a)は被験者P1のデータを示し、図5(b)は被験者P2のデータを示している。そして、被験者P1ではδ波のレベルが大きく振幅しており、被験者P2ではδ波のレベルの振幅は小さい。即ち、δ波レベルには個人差があると言える。 FIG. 5 is a characteristic diagram showing the δ wave level of each of the subjects P1 and P2 obtained by measuring the brain waves during sleep on two subjects P1 and P2 and acquired from the spectrum analysis data of the brain waves. a) shows the data of the subject P1, and FIG. 5 (b) shows the data of the subject P2. In the subject P1, the δ wave level has a large amplitude, and in the subject P2, the δ wave level has a small amplitude. That is, it can be said that there are individual differences in the δ wave level.
従って、筋電図emgを使用せずに、脳波全体のレベルに対するδ波の含有率を求めると、δ波レベルの個人差に起因して含有率の測定精度が低下することがある。換言すれば、筋電図emgを使用せずに算出するδ波の含有率は、個人差により大きく変動する場合があり、高精度な睡眠状態の検出ができなくなる場合があり得る。 Therefore, when the content rate of the δ wave with respect to the whole level of the electroencephalogram is obtained without using the electromyogram emg, the measurement accuracy of the content rate may decrease due to individual differences in the δ wave level. In other words, the content rate of the δ wave calculated without using the electromyogram emg may vary greatly depending on individual differences, and it may be impossible to detect a sleep state with high accuracy.
これに対して、筋電図emgを用いた(1)によりδ波の含有率Xを求めると、演算式の分母に筋電図emgが加算されるのでδ波レベルの個人差の影響が低減され、図6(a),(b)に示すように、被験者P1,P2共に、δ波の含有率Xはほぼ同程度に振幅する。また、第1閾値TH1〜第3閾値TH3を用いた睡眠状態の検出結果は、図7(a),(b)に示す如くとなり、個人差の影響を低減し、睡眠状態を高精度に検出することができることとなる。即ち、本実施形態では、筋電図emgを含む各周波数帯域の波形レベルの合計に対するδ波の含有率Xを求めており、この含有率Xを用いて睡眠状態を検出するので、個人差の影響を低減した高精度な検出が可能となる。 On the other hand, when the content rate X of the δ wave is obtained by (1) using the electromyogram emg, since the electromyogram emg is added to the denominator of the arithmetic expression, the influence of the individual difference of the δ wave level is reduced. Then, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the content rate X of the δ wave has substantially the same amplitude in both the subjects P1 and P2. In addition, the sleep state detection results using the first threshold TH1 to the third threshold TH3 are as shown in FIGS. 7A and 7B, and the influence of individual differences is reduced, and the sleep state is detected with high accuracy. Will be able to. That is, in this embodiment, the δ-wave content rate X with respect to the sum of the waveform levels in each frequency band including the electromyogram emg is obtained, and the sleep state is detected using this content rate X. High-precision detection with reduced influence becomes possible.
次に、移動平均を用いて含有率Xを算出する理由について説明する。図8(a)は、増幅部20より出力される原波形データをフーリエ変換して得られるスペクトル解析データを示す特性図であり、5秒毎に得られるスペクトル解析データの、5秒間の積算値を示している。また、図8(b)は、24回分のスペクトル解析データ(積算値)の移動平均処理を実施した場合、即ち、今回得られたスペクトル解析データと過去23回分のスペクトル解析データの平均値を今回のスペクトル解析データとした場合の特性を示している。更に、図8(c)は、60回分のスペクトル解析データの移動平均処理を実施した場合の特性を示している。
Next, the reason for calculating the content rate X using a moving average will be described. FIG. 8A is a characteristic diagram showing spectrum analysis data obtained by Fourier transforming the original waveform data output from the amplifying
そして、図8(a)〜(c)から理解されるように、移動平均処理を実施することにより、原波形データから直接求められるスペクトル解析データを平滑化することができ、図4(a)に示したように第1閾値TH1〜第3閾値TH3との対比により睡眠状態を検出する場合の処理を円滑に行うことができる。 Then, as understood from FIGS. 8A to 8C, by performing the moving average process, the spectrum analysis data directly obtained from the original waveform data can be smoothed, and FIG. As shown in the above, it is possible to smoothly perform the process when the sleep state is detected by comparison with the first threshold value TH1 to the third threshold value TH3.
即ち、本実施形態では、時系列的に取得されるスペクトル解析データを、複数回分(例えば60回分)の移動平均処理を加えているので、変動の少ない安定した睡眠状態検出が可能となる。なお、この移動平均処理は、図1に示す演算制御部32により実行される。即ち、演算制御部32は、スペクトル解析データを移動平均処理する移動平均処理手段としての機能を備えている。
That is, in the present embodiment, since the moving average processing for a plurality of times (for example, 60 times) is added to the spectrum analysis data acquired in time series, it is possible to detect a stable sleep state with little fluctuation. This moving average process is executed by the
次に、上述した(1)式を用いて算出した含有率Xと、(1)式の分母に示す筋電図emgを使用せずにδ波の比率を求めた場合、即ち、下記(2)式を用いて算出した含有率Yの相違について説明する。 Next, when the ratio of the δ wave is obtained without using the content rate X calculated using the above-described equation (1) and the electromyogram emg shown in the denominator of the equation (1), that is, (2 ) The difference in the content rate Y calculated using the equation will be described.
Y=δ/(δ+θ+α+β) …(2)
図9は、(1)式を用いて算出した含有率X、及び(2)式を用いて算出した含有率Yの変化を示す特性図である。図9に示すように、含有率X、及びYはほぼ同様の変化を示しているが、「Y−X」の曲線から理解されるように、YとXの差分は一定値ではない。つまり、(1)式に示すように、演算式の分母に前額筋電図emgを用いて含有率を算出することにより、筋電図emgの影響を考慮した、より高精度な睡眠状態の検出が可能になると言える。
Y = δ / (δ + θ + α + β) (2)
FIG. 9 is a characteristic diagram showing changes in the content rate X calculated using the equation (1) and the content rate Y calculated using the equation (2). As shown in FIG. 9, the content ratios X and Y show almost the same changes, but as understood from the curve “Y−X”, the difference between Y and X is not a constant value. That is, as shown in the equation (1), by calculating the content rate using the forehead electromyogram emg as the denominator of the arithmetic expression, a more accurate sleep state considering the influence of the electromyogram emg It can be said that detection becomes possible.
次に、図3に示したように、被験者Pの前額部に設けた電極11,12,13により、該被験者Pの筋電図(前額筋電図)を測定していることについて説明する。本実施形態では、筋電図emgとして、被験者Pの前額部で検出される筋電図を用いている。一般に、被験者Pの顔面の筋電図はオトガイ筋(顎付近の筋肉)の変化であるから、電極を被験者Pの顎部近傍に設置して測定することが望ましい。しかし、被験者P1の睡眠時にて筋電図を測定するので、電極を顎部近傍に設置することは難しく、本実施形態では前額筋電図emgを用いている。
Next, as shown in FIG. 3, it is explained that the electromyogram (frontal electromyogram) of the subject P is measured by the
以下、前額筋電図emgとオトガイ筋の筋電図とがほぼ一致していることについて図10に示す特性図を参照して説明する。図10に示す曲線q1は被験者のオトガイ筋の筋電図を示し、曲線q2は前額部で測定される前額筋電図emgを示している。曲線q1,q2を対比して理解されるように、両者は振幅の相違はあるものの、両者の波形が振幅するタイミングはほぼ一致している。従って、前額部に設けた電極11,12,13を用いて測定される前額筋電図emgを用いた場合であっても、筋電図の測定精度はオトガイ筋の近傍で測定される筋電図とあまり変わらないと言える。
Hereinafter, it will be described with reference to the characteristic diagram shown in FIG. 10 that the forehead electromyogram emg and the electromyogram of the genital muscle substantially coincide. The curve q1 shown in FIG. 10 shows the electromyogram of the subject's genital muscle, and the curve q2 shows the forehead electromyogram emg measured at the forehead part. As can be understood by comparing the curves q1 and q2, the timing of the amplitude of the waveforms of both is substantially the same, although there is a difference in amplitude. Therefore, even when the forehead electromyogram emg measured using the
即ち、本実施形態では、被験者Pの前額部に設けた電極11,12,13を用いて前額筋電図を検出し、この前額筋電図を用いてδ波の含有率Xを求めることにより、精度を低下させることなく、且つ、顎部近傍に筋電図検出用の電極を取り付けることなく、睡眠状態を検出することが可能となる。
That is, in this embodiment, a forehead electromyogram is detected using the
このようにして、本発明の第1実施形態に係る睡眠状態検出システム101では、被験者Pの前額部に3個の電極11,12,13を設け、各電極11,12,13にて測定された脳波、及び前額筋電図emgに基づき、上述した(1)式によりδ波の含有率Xを算出し、この含有率Xに基づいて、被験者Pの睡眠状態を求めている。即ち、δ波の含有率Xの値と図4に示した第1閾値TH1,第2閾値TH2,第3閾値TH3との比較により、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び深いノンレム睡眠のうちのいずれであるかを推定する。
Thus, in the sleep
そして、含有率Xを算出する(1)式では、前額筋電図emgを分母に加算しており、これを加算しない場合と対比して、より実際の睡眠状態に適合した含有率Xを算出することが可能となり、睡眠状態の検出精度を向上させることが可能となる。また、前額筋電図emgを用いることにより、個人差による影響を低減することができるので、多くの被験者に対して同一の閾値(第1〜第3閾値TH1,TH2,TH3)を用いて睡眠状態を検出することが可能となる。 And in the formula (1) for calculating the content rate X, the forehead electromyogram emg is added to the denominator, and the content rate X more suitable for the actual sleep state is compared with the case where this is not added. It becomes possible to calculate, and it becomes possible to improve the detection accuracy of a sleep state. In addition, since the influence due to individual differences can be reduced by using the forehead electromyogram emg, the same threshold values (first to third threshold values TH1, TH2, TH3) are used for many subjects. It becomes possible to detect a sleep state.
また、ハイパスフィルタ18として、パッシブ型のフィルタを用いており、図2の帯域F1に示すように、フィルタ特性が徐々に減衰する特性を有するので、1[Hz]未満の脳波データが大量に検出されることを阻止し、脳波の検出精度を向上させることが可能となる。
Further, a passive filter is used as the high-
[第2実施形態の説明]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図11は、第2実施形態に係る睡眠状態検出システムの構成を示すブロック図である。図11に示すように、第2実施形態に係る睡眠状態検出システム101aは、睡眠状態検出装置102a、及び睡眠状態演算装置103aから構成されている。
[Description of Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of a sleep state detection system according to the second embodiment. As shown in FIG. 11, the sleep
睡眠状態検出装置102aは、図1に示した第1実施形態の睡眠状態検出装置102と対比して、原波形処理部22を備える点で相違しており、増幅部20で増幅された波形をスペクトル解析処理部21に出力すると共に、原波形処理部22に出力する。それ以外の構成は、図1に示した睡眠状態検出装置102と同様であるので、同一符号を付して構成説明を省略する。
The sleep
原波形処理部22は、増幅部20で増幅された原波形データからノイズを除去して記憶メディア入出力部23に出力する機能を備えている。
The original
睡眠状態演算装置103aは、図1に示した第1実施形態の睡眠状態演算装置103と対比して、データ読み取り部31にて、スペクトル解析データに加えて原波形データを読み取る点、及び、原波形データに基づいて被験者Pの眼球運動図(以下、「眼電図」という)を検出する眼電図検出部(眼電図読み取り手段)37を備えている点で相違する。それ以外の構成は、図1に示した睡眠状態演算装置103と同様であるので、同一符号を付して構成説明を省略する。
In comparison with the sleep
眼電図検出部37は、原波形データに含まれる筋電図に基づき、眼電図波形を求める。具体的には、被験者Pがレム睡眠期であると推定される時間帯に検出される筋電図を眼電図であるものと判断する。例えば、レム睡眠期においては、被験者の目が頻繁に動くことが知られており、このときの眼電図を被験者の目の近傍に設けた電極を用いて測定すると図12(a)に示すような波形が得られる。また、このとき前額部に設けた電極で前額筋電図を測定すると図12(b)に示すような波形が得られる。この前額筋電図は、前額部で検出される眼球前後で生じている直流の網膜静電位が眼球の動きによって変化し、波及した信号を示している。図12(a),(b)の双方の波形を比較すると、前額筋電図は眼電図と同期した信号が発生していることが判る。従って、各電極11,12,13を用いて検出される脳波データに基づき、レム睡眠期に限定して前額筋電図emgを測定すれば、これは眼電図であるものと判定できる。
The
また、被験者Pは、入眠直後、及び深いノンレム睡眠から浅いノンレム睡眠に移行しその後暫く時間が経過した後にレム睡眠期となることが知られているので、この条件によりレム睡眠期を推定することができる。 In addition, since it is known that the subject P enters the REM sleep period immediately after falling asleep and after a period of time has passed since the transition from deep non-REM sleep to shallow non-REM sleep, the REM sleep period should be estimated based on this condition. Can do.
そして、第2実施形態では、レム睡眠期であると推定される期間にて、上記の処理で検出される前額筋電図emgを眼電図であるものとし、この眼電図と脳波データとの対比により睡眠状態をより高精度に検出する。具体的には、レム睡眠からノンレム睡眠に移行する前後は、スペクトル解析データに大きな差異が生じないことがあり得る。即ち、図4(b)に示した例では、脳波データに含まれるδ波の含有率Xが第2閾値TH2を上回った場合に、浅いノンレム睡眠であると判定することについて説明したが、第2閾値TH2の付近において、スペクトル解析データだけでは正確にレム睡眠であるか、或いはノンレム睡眠であるかを判定できないことがある。 In the second embodiment, it is assumed that the forehead electromyogram emg detected by the above process is an electrocardiogram in the period estimated to be the REM sleep period. The sleep state is detected with higher accuracy by comparison with. Specifically, before and after the transition from REM sleep to non-REM sleep, there may be no significant difference in spectrum analysis data. That is, in the example shown in FIG. 4B, it has been described that when the content rate X of the δ wave included in the electroencephalogram data exceeds the second threshold value TH2, it is determined that the sleep is shallow non-REM sleep. In the vicinity of the two-threshold TH2, it may not be possible to accurately determine whether it is REM sleep or non-REM sleep only by spectrum analysis data.
そこで、第2実施形態では、図11に示す眼電図検出部37にて眼電図を検出し、この検出結果を睡眠状態の判断に採用することにより、より高精度な睡眠状態の検出を行う。
Therefore, in the second embodiment, an electrooculogram is detected by the
次に、第2実施形態に係る睡眠状態検出システム101aの作用について説明する。第2実施形態では、増幅部20で増幅された波形データは2系統に分岐され、このうち一方はスペクトル解析処理部21に出力され、他方は原波形処理部22に出力される。そして、スペクトル解析処理部21では、前述した第1実施形態と同様に、原波形データをフーリエ変換してスペクトル解析データを生成する。また、原波形処理部22は、増幅部20で増幅された波形データからノイズを除去し、ノイズ除去後の波形データを原波形データとして記憶メディア入出力部23に出力する。そして、スペクトル解析データ、及び原波形データの双方が記憶メディア入出力部23にてメモリカード24に書き込まれることになる。
Next, the operation of the sleep
睡眠状態演算装置103aは、メモリカード24に記憶されているスペクトル解析データ、及び原波形データに基づいて、眼電図の変化を測定する。そして、眼電図が発生していると判断された場合には、このときのδ波の含有率Xが大きい値を示した場合であっても、レム睡眠であると判断する。
The sleep state computing device 103a measures changes in the electrooculogram based on the spectrum analysis data stored in the
即ち、図4(b)に示したように、δ波の含有率Xが大きくなって第2閾値TH2を上回った場合には、ノンレム睡眠(浅いノンレム睡眠、または深いノンレム睡眠)であると判断される。しかし、このときの眼電図が大きく振幅している場合には、目の近傍の筋肉が動いているものと判断して、ノンレム睡眠ではなくレム睡眠であるもの判断する。 That is, as shown in FIG. 4B, when the content rate X of the δ wave increases and exceeds the second threshold value TH2, it is determined that the sleep is non-REM sleep (shallow non-REM sleep or deep non-REM sleep). Is done. However, if the electrooculogram at this time has a large amplitude, it is determined that the muscles in the vicinity of the eyes are moving, and it is determined that the sleep is not REM sleep but REM sleep.
即ち、図13(a)は深いノンレム睡眠時における原波形データを示し、図13(b)はレム睡眠時における原波形データを示しており、両者を対比すると図13(b)に示すレム睡眠時の方が大きく振幅する領域が存在している。眼電図検出部37は、原波形データに基づいて眼電図に基づく波形を検出し、この検出結果を演算制御部32に出力する。
13A shows the original waveform data during deep non-REM sleep, and FIG. 13B shows the original waveform data during REM sleep. When both are compared, the REM sleep shown in FIG. 13B is shown. There is a region where the time is larger in amplitude. The
そして、演算制御部32では、前述した第1実施形態と同様に、スペクトル解析データに基づいて、前述した(1)式によりδ波の含有率Xを算出し、この含有率Xに基づいて睡眠状態がレム睡眠であるか、浅いノンレム睡眠であるか、或いは深いノンレム睡眠であるかを判定する。更に、眼電図検出部37により眼電図が検出されているものと判定されている場合には、含有率Xに基づく睡眠状態の検出結果が浅いノンレム睡眠、或いは深いノンレム睡眠である場合でも、被験者の目が頻繁に動いているので、レム睡眠であるものと判定する。
Then, similarly to the first embodiment described above, the
このようにして、第2実施形態に係る睡眠状態検出システム101aでは、スペクトル解析データに基づいて求められるδ波の含有率Xに加え、眼電図に基づいてレム睡眠であるかノンレム睡眠であるかを判断するので、前述した第1実施形態の効果に加え、被験者の目の動きに基づく高精度な睡眠状態の検出が可能となる。
Thus, in the sleep
[第3実施形態の説明]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。図14,図15は、第3実施形態に係る睡眠状態検出システム101bの構成を示すブロック図であり、図14は、メモリカード24にデータを記憶するための睡眠状態検出装置102bの構成を示し、図15は、メモリカード24に記憶されているデータを読み取って被験者の睡眠状態を演算する睡眠状態演算装置103bの構成を示している。また、図16は、被験者Pの前額部に絶縁ゲルシート25aを取り付ける様子を示す説明図である。
[Description of Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. 14 and 15 are block diagrams showing the configuration of the sleep
図16に示すように、第3実施形態に係る睡眠状態検出装置102bで用いられる絶縁ゲルシート25aには、前述の図3に示した絶縁ゲルシート25と同様に、第1〜第3電極11,12,13が取り付けられ、更に、3次元方向の傾斜を検出する3軸加速度センサ(加速度検出手段)44、及び前額部の脈波を検出する脈波検出センサ(脈波検出手段)40が搭載されている。そして、各電極11,12,13、脈波検出センサ40、及び3軸加速度センサ44で検出される各データに基づき、後述する手法により被験者Pの睡眠状態を検出する。
As shown in FIG. 16, the insulating
図14に示すように、第3実施形態に係る睡眠状態検出装置102bは、バッファアンプ14,15、差動増幅器16、ノッチフィルタ17、ハイパスフィルタ18、ローパスフィルタ19、増幅部20、スペクトル解析処理部21、及び記憶メディア入出力部23を備えている。なお、これらの構成は、図1に示した第1実施形態の睡眠状態検出装置102と同様であるので、説明を省略する。
As shown in FIG. 14, the sleep
また、第3実施形態に係る睡眠状態検出装置102bは、上記の構成要素に加えて、更に、脈波検出センサ40と、LED制御部45と、電流・電圧変換部46と、フィルタ47、及び増幅部48を備えている。
In addition to the above components, the sleep
脈波検出センサ40は、赤色光の波長(例えば、660nm)の光を照射する赤色LED41と、赤外光の波長(例えば、880nm)の光を照射する赤外LED42と、フォトダイオード43を備えており、赤色LED41より前額部に向けて赤色光を照射し、この反射光をフォトダイオード43で検出する。また、赤外LED42より前額部に向けて赤外光を照射し、この反射光をフォトダイオード43で検出する。
The pulse
LED制御部45は、脈波検出センサ40に設けられる赤色LED41、赤外LED42、及びフォトダイオード43を制御することにより、脈波検出センサ40による検出信号を取得する。電流・電圧変換部46は、フォトダイオード43にて検出される電流信号を電圧信号に変換する。
The
フィルタ47は、脈波検出センサ40で検出された信号に含まれるノイズを除去して増幅部48に出力する。増幅部48は、フィルタ47でノイズ成分が除去された脈波に関する信号を記憶メディア入出力部23に出力する。
The
3軸加速度センサ44は、X軸、Y軸、Z軸の各方向についての加速度を検出し、被験者の前額部の向いている方向を検出する。例えば、被験者が上方向を向いているか、或いは横方向を向いているか等の情報を取得することができる。そして、3軸加速度センサ44の検出信号は、記憶メディア入出力部23に出力される。
The
以下、図30に示す特性図を参照して、被験者の顔の向きと3軸加速度センサ44で検出されるX軸、Y軸、Z軸の各方向についての加速度との関係について説明する。被験者が仰向けの場合には、X軸、Y軸の加速度はほとんど検出されず、Z軸の加速度が検出される。また、被験者の頭部が右向きとなった場合には、X軸の加速度が検出され、これよりも小さい加速度がY軸で検出され、Z軸の加速度はほとんど検出されない。同様に、左向き、仰け反る、起きる、左右に振る、の各動作に対して、3軸加速度センサ44の出力が決定される。つまり、X軸、Y軸、Z軸の各加速度に基づいて、被験者の顔の状態を認識することができる。
Hereinafter, the relationship between the orientation of the subject's face and the acceleration in each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions detected by the three-
図14に示す記憶メディア入出力部23は、脈波に関する信号、及び3軸加速度センサ44で検出された信号をメモリカード24に記憶する。
The storage media input /
図15に示す睡眠状態演算装置103bは、図1に示した睡眠状態演算装置103と同一構成であるので、同一符号を付して構成説明を省略する。
The sleep
そして、第3実施形態では、第1実施形態で説明した各脳波波形(δ波等)に加え、被験者の脈波データ、及び被験者頭部の3次元位置データを採用することにより、より高精度に被験者の睡眠状態を検出する。即ち、第1実施形態にて示した脳波を用いる手法により被験者の睡眠状態を、覚醒、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、深いノンレム睡眠のいずれかに判定すると共に、この判定結果を、脈波データ及び3次元位置データに基づいて補正することにより、より精度の高い睡眠状態の検出を行う。 And in 3rd Embodiment, in addition to each brain wave waveform (delta wave etc.) demonstrated in 1st Embodiment, more highly accurate by employ | adopting a test subject's pulse-wave data and a test subject's head three-dimensional position data. The sleep state of the subject is detected. That is, the subject's sleep state is determined to be any one of awakening, REM sleep, shallow non-REM sleep, and deep non-REM sleep by the method using the electroencephalogram shown in the first embodiment, and the determination result is converted to pulse wave data and By correcting based on the three-dimensional position data, a sleep state with higher accuracy is detected.
具体的には、被験者の脈波に基づいて、脈拍数、及び血液中の酸素飽和度を検出し、脈拍数が高い場合、或いは酸素飽和度が低い場合には、覚醒である可能性が高いものと判断して脳波に基づいて得られた睡眠状態の検出結果を補正する。 Specifically, based on the pulse wave of the subject, the pulse rate and the oxygen saturation level in the blood are detected, and if the pulse rate is high or the oxygen saturation level is low, there is a high possibility of being awake. The sleep state detection result obtained based on the electroencephalogram is determined based on the judgment.
また、3次元位置データに基づき、被験者の体動(体の向きを替える動作等)が検出された場合には、この動作に伴ってアーチファクトが発生している可能性が高いので、脳波に基づいて得られた睡眠状態の検出結果を補正する。こうすることにより、より高精度な睡眠状態の検出が可能となる。 In addition, when the subject's body movement (movement to change the body orientation, etc.) is detected based on the three-dimensional position data, there is a high possibility that an artifact is generated along with this movement. The sleep state detection result obtained in this way is corrected. This makes it possible to detect a sleep state with higher accuracy.
次に、上述のように構成された第3実施形態に係る睡眠状態検出システム101bの作用について説明する。図16に示したように、絶縁ゲルシート25aには、3個の各電極11,12,13が設けられているので、被験者Pが睡眠状態となると、各電極11,12,13により該被験者Pの睡眠状態における脳波及び筋電図の波形が検出される。
Next, the operation of the sleep
そして、前述した第1実施形態と同様に、検出された波形データは、ノッチフィルタ17、ハイパスフィルタ18、ローパスフィルタ19をそれぞれ通過することにより、所望の周波数成分が取得され、更に、増幅部20で増幅された後、スペクトル解析処理部21にてスペクトル解析処理が行われる。そして、解析処理により得られるスペクトル解析データはメモリカード24に書き込まれる。
As in the first embodiment described above, the detected waveform data passes through the
一方、絶縁ゲルシート25aに搭載された脈波検出センサ40により、被験者Pの脈波データが取得され、検出された脈波データは電流・電圧変換部46にて電圧信号に変換され、フィルタ47、及び増幅部48を介して記憶メディア入出力部23に出力される。また、3軸加速度センサ44にてX軸、Y軸、Z軸の各加速度データが検出され、この加速度データは、記憶メディア入出力部23に出力される。記憶メディア入出力部23は、スペクトル解析データ、脈波データ、及び加速度データをメモリカード24に書き込む処理を行う。
On the other hand, the pulse wave data of the subject P is acquired by the pulse
その後、各データが書き込まれたメモリカード24は、ユーザにより図15に示す睡眠状態演算装置103bのデータ読み取り部31に挿入されて、該メモリカード24に書き込まれているスペクトル解析データ、脈波データ、及び加速度データが、演算制御部32の制御により読み取られる。
Thereafter, the
その結果、前述した第1実施形態と同様に、脳波データに基づいて睡眠状態を取得することができる。本実施形態では、脳波データに基づいて取得された睡眠状態を、被験者Pの体動、及び脈波データに基づいて補正する。初めに、第3実施形態の第1実施例として、体動に基づいて睡眠状態を補正する処理について、図17,図18に示す特性図、及び図24に示す対応表を参照して説明する。なお、図17と図18はそれぞれの時間軸が一致しており、従って、図17に示すA〜Fのタイミングと図18に示すA〜Fのタイミングは一致する。 As a result, the sleep state can be acquired based on the electroencephalogram data as in the first embodiment described above. In the present embodiment, the sleep state acquired based on the electroencephalogram data is corrected based on the body motion of the subject P and the pulse wave data. First, as a first example of the third embodiment, processing for correcting a sleep state based on body movement will be described with reference to the characteristic diagrams shown in FIGS. 17 and 18 and the correspondence table shown in FIG. . Note that FIG. 17 and FIG. 18 have the same time axis, and therefore the timings A to F shown in FIG. 17 and the timings A to F shown in FIG. 18 match.
図17(a)は専用の装置(病院等で使用する高精度な検出装置)を用いて被験者Pの睡眠状態を検出した結果(視察判定結果)を示すデータであり、時間経過に伴う睡眠状態の変化が示されている。具体的には、覚醒状態(図中「W」で表記)、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び深いノンレム睡眠の4段階に区別して検出されている。また、図17(b)は、第3実施形態に係る睡眠状態検出システム101bを用いて睡眠状態を検出した結果を示しており、やはり睡眠状態が4段階に区別して検出されている。
FIG. 17A is data showing a result (inspection determination result) of detecting the sleep state of the subject P using a dedicated device (a high-precision detection device used in a hospital or the like), and the sleep state over time. Changes are shown. Specifically, it is detected by distinguishing into four stages of arousal state (indicated by “W” in the figure), REM sleep, shallow non-REM sleep, and deep non-REM sleep. FIG. 17B shows the result of detecting a sleep state using the sleep
また、図18(a)は、被験者Pの酸素飽和度の変化を示す特性図であり、図18(b)は、被験者Pの脈拍数の変化を示す特性図であり、図18(c)は、被験者Pの体動(3軸加速度)を示す特性図である。前述したように、酸素飽和度は、赤色LED41より出力した赤色光が被験者Pの血管で反射した光をフォトダイオード43で検出し、同様に、赤外LED42より出力した赤外光が被験者Pの血管で反射した光をフォトダイオード43で検出し、両者の検出結果に基づいて求めることができる。同様に、被験者Pの脈拍数を求めることができる。酸素飽和度、及び脈拍数の検出方法は周知技術であるので詳細な説明を省略する。
FIG. 18 (a) is a characteristic diagram showing a change in the oxygen saturation of the subject P, and FIG. 18 (b) is a characteristic diagram showing a change in the pulse rate of the subject P. FIG. 18 (c) These are the characteristic views which show the subject's P body motion (3-axis acceleration). As described above, the oxygen saturation is detected by the
また、被験者Pの体動は、3軸加速度センサ44の検出結果に基づいて求めることができ、図18(c)に示すように、X軸、Y軸、及びZ軸の各方向の加速度が検出される。例えば、被験者Pが頭部を左右方向に移動させる動作を行うと、X軸、Y軸の方向に加速度が検出され、頭部を俯仰させる動作を行うと、Z軸の方向に加速度が検出される。
The body movement of the subject P can be obtained based on the detection result of the
そして、第3実施形態の第1実施例では、被験者Pの体動に基づいて、脳波データより取得された睡眠状態の検出結果を補正する。具体的には、脳波データに基づいて検出した睡眠状態(第1実施形態で説明した手法により求められる睡眠状態)が、図17(b)の実線に示すように取得された際に、図18(c)に示す体動データ(3軸加速度出力電圧)に基づいて、睡眠状態を補正する。 In the first example of the third embodiment, the sleep state detection result acquired from the electroencephalogram data is corrected based on the body motion of the subject P. Specifically, when the sleep state detected based on the electroencephalogram data (sleep state obtained by the method described in the first embodiment) is acquired as shown by the solid line in FIG. The sleep state is corrected based on the body motion data (triaxial acceleration output voltage) shown in (c).
以下、図24に示す対応表を参照して詳細に説明する。図17,図18に示す時刻Aでは、図18(c)に示すようにX軸方向に若干の体動が発生している。この際、図18(b)に示すように脈拍数の変化は無く、また、図18(a)に示すように酸素飽和度はほとんど変化していない。また、脳波データに基づいて検出される睡眠状態(図17(b)の実線に示すデータ)は時刻Aにおいて浅いノンレム睡眠を示しているので、この検出結果を変更しない。即ち、時刻Aでの総合睡眠ステージは浅いノンレム睡眠と判定する。 Hereinafter, a detailed description will be given with reference to the correspondence table shown in FIG. At time A shown in FIGS. 17 and 18, some body movement occurs in the X-axis direction as shown in FIG. 18 (c). At this time, the pulse rate does not change as shown in FIG. 18B, and the oxygen saturation hardly changes as shown in FIG. Further, since the sleep state detected based on the electroencephalogram data (data indicated by the solid line in FIG. 17B) indicates shallow non-REM sleep at time A, this detection result is not changed. That is, the total sleep stage at time A is determined to be shallow non-REM sleep.
また、時刻Bでは、図18(c)に示すようにX軸、Y軸に大きな体動が発生している。従って、体動による脳波へのアーチファクト(ノイズ)が想定され、且つ、脈拍数の大きな変化も見られないので、脳波による検出結果であるレム睡眠を、浅いノンレム睡眠に変更する。即ち、図17(b)の時刻Bに示す点線部分のように、睡眠状態の検出結果をレム睡眠から浅いノンレム睡眠に変更し、総合睡眠ステージを浅いノンレム睡眠とする。図24に示すC,D,E,Fについても同様に、脳波による睡眠状態を体動に基づいて補正し、総合睡眠ステージを求める。 Further, at time B, as shown in FIG. 18 (c), a large body motion occurs on the X axis and the Y axis. Therefore, artifacts (noise) to the electroencephalogram due to body movement are assumed, and no significant change in the pulse rate is observed, so the REM sleep, which is the detection result by the electroencephalogram, is changed to a shallow non-REM sleep. That is, as shown by the dotted line portion at time B in FIG. 17B, the sleep state detection result is changed from REM sleep to shallow non-REM sleep, and the total sleep stage is set to shallow non-REM sleep. Similarly for C, D, E, and F shown in FIG. 24, the sleep state due to the electroencephalogram is corrected based on the body motion, and the total sleep stage is obtained.
このように、第3実施形態の第1実施例では、3軸加速度センサ44を用いて被験者Pの体動を検出し、脳波データに基づいて求められた睡眠状態を、上記の体動のデータに基づいて補正するので、被験者Pの体動データを考慮した、より高精度な睡眠状態の検出が可能となる。
Thus, in the first example of the third embodiment, the body motion of the subject P is detected using the three-
次に、第3実施形態の第2実施例として、脈拍数に基づいて睡眠状態を補正する処理について、図19,図20に示す特性図、及び図25に示す対応表を参照して説明する。なお、図19と図20はそれぞれの時間軸が一致しており、従って、図19に示すA〜Gのタイミングと図20に示すA〜Gのタイミングは一致する。 Next, as a second example of the third embodiment, a process of correcting the sleep state based on the pulse rate will be described with reference to the characteristic diagrams shown in FIGS. 19 and 20 and the correspondence table shown in FIG. . Note that FIG. 19 and FIG. 20 have the same time axis, and therefore the timings A to G shown in FIG. 19 and the timings A to G shown in FIG. 20 match.
図19(a)は視察判定結果を示すデータであり、時間経過に伴う睡眠状態の変化が示されている。また、図19(b)は、第3実施形態に係る睡眠状態検出システム101bを用いて睡眠状態を検出した結果を示しており、やはり睡眠状態が4段階に区別して検出されている。
FIG. 19A is data showing the inspection determination result, and shows a change in the sleep state over time. Moreover, FIG.19 (b) has shown the result of having detected the sleep state using the sleep
また、図20(a)は、被験者Pの酸素飽和度の変化を示す特性図であり、図20(b)は、被験者Pの脈拍数の変化を示す特性図であり、図20(c)は、被験者Pの体動を示す特性図である。 FIG. 20A is a characteristic diagram showing a change in the oxygen saturation of the subject P, FIG. 20B is a characteristic diagram showing a change in the pulse rate of the subject P, and FIG. These are characteristic views showing the body movement of the subject P.
そして、第3実施形態の第2実施例では、被験者Pの脈拍数に基づいて、脳波データより取得された睡眠状態の検出結果を補正する。具体的には、脳波データに基づいて検出した睡眠状態が、図19(b)の実線に示すように取得された際に、図20(b)に示す脈拍数に基づいて、この睡眠状態を補正する。この際、脈拍数の変動を、睡眠時における平均脈拍数(この例では、脈拍数61.4)に対して17%(脈拍数72)〜22%(脈拍数75)の範囲での変動が検出された際に、睡眠状態(総合睡眠ステージ)を補正する。なお、17%〜22%の範囲は一例を示しているものであり、この範囲に限定されるものではない。 In the second example of the third embodiment, the sleep state detection result acquired from the electroencephalogram data is corrected based on the pulse rate of the subject P. Specifically, when the sleep state detected based on the electroencephalogram data is acquired as shown by the solid line in FIG. 19B, the sleep state is calculated based on the pulse rate shown in FIG. to correct. At this time, the fluctuation of the pulse rate is varied in the range of 17% (pulse rate 72) to 22% (pulse rate 75) with respect to the average pulse rate during sleep (pulse rate 61.4 in this example). When detected, the sleep state (total sleep stage) is corrected. In addition, the range of 17% to 22% shows an example, and is not limited to this range.
以下、図25に示す対応表を参照して詳細に説明する。図19,図20に示す時刻Aでは、図20(b)に示すように脈拍数が72[回/min]を超えている。この際、図20(c)に示すように体動はほぼ発生していない。また、図19(b)に示すように、脳波による睡眠状態の検出結果が覚醒(W)であるので、この判定を変更しない。即ち、時刻Aでの総合睡眠ステージは覚醒状態と判定する。 Hereinafter, a detailed description will be given with reference to the correspondence table shown in FIG. At time A shown in FIGS. 19 and 20, the pulse rate exceeds 72 [times / min] as shown in FIG. At this time, almost no body movement occurs as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 19B, since the sleep state detection result by the brain wave is awakening (W), this determination is not changed. That is, the overall sleep stage at time A is determined to be awake.
また、時刻Bでは、図20(b)に示すように脈拍数が72[回/min]を超えている。従って、覚醒している可能性が高いと判断されるので、脳波による判定結果であるレム睡眠を、脳波覚醒(aW)であると判断し、脳波による判定結果であるレム睡眠を、脳波覚醒(aW)に変更する。即ち、図19(b)の時刻Bに示す点線部分のように、睡眠状態の判定結果をレム睡眠から脳波覚醒(aW)に変更し(図では、脳波覚醒を通常の覚醒と同じ「W」で示している)、総合睡眠ステージを脳波覚醒(aW)とする。図25に示すC,D,E,F,Gについても同様に、脳波による睡眠状態を脈拍数に基づいて補正し、総合睡眠ステージを求める。ここで、脳波覚醒(aW)とは、一般的に脳波周波数の突然の変化が3秒以上持続し、且つその出現前には10秒以上の睡眠が存在するとされ、更に脳波上の変化に加え、脈拍数の一過性の増加、若しくは減少を伴うとされている。前額部からの脳波のみでは取得しずらい為、脈拍数の一過性の増加若しくは減少を脳波覚醒(aW)とした。 At time B, the pulse rate exceeds 72 [times / min] as shown in FIG. Therefore, since it is determined that there is a high possibility of being awakened, it is determined that the REM sleep that is the determination result by the electroencephalogram is the electroencephalogram awakening (aW), and the REM sleep that is the determination result by the electroencephalogram is the electroencephalogram awakening ( aW). In other words, the sleep state determination result is changed from REM sleep to electroencephalogram awakening (aW) as shown by the dotted line portion at time B in FIG. 19B (in the figure, the electroencephalogram awakening is the same as the normal awakening “W”. The total sleep stage is defined as brain wave awakening (aW). Similarly, for C, D, E, F, and G shown in FIG. 25, the sleep state due to the electroencephalogram is corrected based on the pulse rate, and the total sleep stage is obtained. Here, electroencephalogram awakening (aW) generally means that a sudden change in EEG frequency lasts for 3 seconds or more, and that there is sleep for 10 seconds or more before the appearance, and in addition to the change on EEG It is said that the pulse rate is transiently increased or decreased. Since it is difficult to obtain only an electroencephalogram from the forehead, a transient increase or decrease in pulse rate was defined as an electroencephalogram awakening (aW).
このように、第3実施形態の第2実施例では、脈波検出センサ40を用いて被験者Pの脈拍数及び酸素飽和度を検出し、脳波データに基づいて求められた睡眠状態を、上記の脈拍数及び酸素飽和度のデータに基づいて補正するので、被験者Pの脈波を考慮した、より高精度な睡眠状態の検出が可能となる。
As described above, in the second example of the third embodiment, the pulse rate and oxygen saturation of the subject P are detected using the pulse
次に、第3実施形態の第3実施例として、脈拍数(第2実施例よりも高い数値)に基づいて睡眠状態を補正する処理について、図21,図22に示す特性図、及び図26に示す対応表を参照して説明する。なお、図21と図22はそれぞれの時間軸が一致しており、従って、図21に示すA〜Fのタイミングと図22に示すA〜Fのタイミングは一致する。 Next, as a third example of the third embodiment, with respect to the process of correcting the sleep state based on the pulse rate (a numerical value higher than the second example), the characteristic diagrams shown in FIGS. 21 and 22 and FIG. This will be described with reference to the correspondence table shown in FIG. Note that FIG. 21 and FIG. 22 have the same time axis, and therefore the timings A to F shown in FIG. 21 and the timings A to F shown in FIG. 22 match.
図21(a)は視察判定結果を示すデータであり、時間経過に伴う睡眠状態の変化が示されている。また、図21(b)は、第3実施形態に係る睡眠状態検出システム101bを用いて睡眠状態を検出した結果を示しており、やはり睡眠状態が4段階に区別して検出されている。
FIG. 21A is data showing the inspection determination result, and shows a change in the sleep state with time. Moreover, FIG.21 (b) has shown the result of having detected the sleep state using the sleep
また、図22(a)は、被験者Pの酸素飽和度の変化を示す特性図であり、図22(b)は、被験者Pの脈拍数の変化を示す特性図であり、図22(c)は、被験者Pの体動を示す特性図である。 22A is a characteristic diagram showing a change in the oxygen saturation of the subject P, FIG. 22B is a characteristic diagram showing a change in the pulse rate of the subject P, and FIG. These are characteristic views showing the body movement of the subject P.
そして、第3実施形態の第3実施例では、前述した第2実施例と同様に、被験者Pの脈拍数に基づいて、脳波データより取得された睡眠状態の検出結果を補正する。具体的には、脳波データに基づいて検出した睡眠状態が、図21(b)の実線に示すように取得された際に、図22(b)に示す脈拍数に基づいて、この睡眠状態を補正する。この際、脈拍数の変動を、睡眠時における平均脈拍数(この例では、脈拍数61.4)に対して22%(脈拍数75)以上の変動が検出された際に、変動が発生したものと見なして睡眠状態を補正する。なお、脈拍数の閾値は22%に限定されるものではない。 And in 3rd Example of 3rd Embodiment, the detection result of the sleep state acquired from the electroencephalogram data is correct | amended based on the pulse rate of the test subject P similarly to 2nd Example mentioned above. Specifically, when the sleep state detected based on the electroencephalogram data is acquired as shown by the solid line in FIG. 21B, the sleep state is calculated based on the pulse rate shown in FIG. to correct. At this time, the fluctuation of the pulse rate occurred when a fluctuation of 22% (pulse rate 75) or more was detected with respect to the average pulse rate during sleep (pulse rate 61.4 in this example). It is assumed that the sleep state is corrected. The pulse rate threshold is not limited to 22%.
以下、図26に示す対応表を参照して詳細に説明する。図21,図22に示す時刻Gでは、図22(b)に示すように脈拍数が75[回/min]を超えている。この際、図22(c)に示すように体動が発生している。また、図21(b)に示すように、脳波による睡眠状態の検出結果が覚醒(W)であるので、この判定を変更しない。即ち、時刻Gでの総合睡眠ステージは覚醒状態であるものと判定する。 Hereinafter, a detailed description will be given with reference to the correspondence table shown in FIG. At time G shown in FIGS. 21 and 22, the pulse rate exceeds 75 [times / min] as shown in FIG. At this time, body movement occurs as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 21B, since the sleep state detection result by the brain wave is awakening (W), this determination is not changed. That is, it is determined that the overall sleep stage at time G is awake.
また、時刻Bでは、図22(b)に示すように脈拍数が75[回/min]を超えている。従って、覚醒している可能性が高いと判断されるので、脳波による判定結果であるレム睡眠を、脳波覚醒(aW)であると判断し、脳波による判定結果であるレム睡眠を、脳波覚醒aWに変更する。即ち、図21(b)の時刻Bに示す点線部分のように、睡眠状態の検出結果をレム睡眠から脳波覚醒に変更し、総合睡眠ステージを脳波覚醒(aW)とする。図26に示すA,C,D,E,Fについても同様に、脳波による睡眠状態を脈拍数に基づいて補正し、総合睡眠ステージを求める。 At time B, the pulse rate exceeds 75 [times / min] as shown in FIG. Therefore, since it is determined that there is a high possibility of being awakened, it is determined that the REM sleep that is the determination result by the electroencephalogram is the electroencephalogram awakening (aW), and the REM sleep that is the determination result by the electroencephalogram is the electroencephalogram awakening Change to That is, the sleep state detection result is changed from REM sleep to electroencephalogram awakening, and the total sleep stage is set to electroencephalogram awakening (aW), as indicated by the dotted line portion shown at time B in FIG. Similarly, for A, C, D, E, and F shown in FIG. 26, the sleep state by the electroencephalogram is corrected based on the pulse rate, and the total sleep stage is obtained.
図23は、前述した第1実施例〜第3実施例で変更した睡眠状態を合成したデータである。図示のように、第1実施例〜第3実施例を採用して、脳波に基づいて求められた睡眠状態を補正することにより、図23(a)に示す視察判定結果に近づくことが理解される。即ち、脳波データにより求められる睡眠状態を、体動データ、及び脈拍数のデータを用いて補正することにより、より精度の高い睡眠状態の検出が可能になる。 FIG. 23 shows data obtained by combining the sleep states changed in the first to third embodiments. As shown in the figure, it is understood that by adopting the first to third embodiments and correcting the sleep state obtained based on the electroencephalogram, the inspection determination result shown in FIG. The That is, it is possible to detect the sleep state with higher accuracy by correcting the sleep state obtained from the electroencephalogram data using the body motion data and the pulse rate data.
このようにして、第3実施形態に係る睡眠状態検出システム101bでは、脳波に基づいて求められる睡眠状態を、被験者Pの体動、及び脈波データに基づいて補正するので、より高精度に睡眠状態を検出することが可能となる。
In this way, in the sleep
また、脳波データのみを用いる場合には、脳波覚醒(aW)を検出することはできないが、脈波データ、及び被験者Pの脈拍数を検出することにより、被験者Pが脳波覚醒(aW)であるか否かを検出でき、より高精度できめの細かい睡眠状態の検出が可能となる。 In addition, when only brain wave data is used, brain wave awakening (aW) cannot be detected, but subject P is brain wave awakening (aW) by detecting pulse wave data and the pulse rate of subject P. It is possible to detect whether the sleep state is more precise and fine.
なお、上述した第3実施形態では、脈波データ、及び被験者Pの頭部の動きを示す加速度データの双方を用いて、被験者の睡眠状態を補正する例について説明したが、脈波データ、及び加速度データのうちの少なくとも一方を用いて睡眠状態を補正することも可能である。 In the third embodiment described above, the example in which the sleep state of the subject is corrected using both the pulse wave data and the acceleration data indicating the movement of the head of the subject P has been described. It is also possible to correct the sleep state using at least one of the acceleration data.
また、脈波データに基づいて、被験者の自律神経が交感神経優位であるか、或いは副交感神経優位であるかを求め、これに基づいて睡眠状態を判定することも可能である。即ち、被験者が覚醒時には交感神経が優位とされ、浅いノンレム睡眠時及び深いノンレム睡眠時には副交感神経が優位とされ、レム睡眠時には自律神経は不規則であることが知られている。従って、被験者の自律神経を求めることにより、睡眠状態をより高精度に判定することが可能となる。 It is also possible to determine whether the subject's autonomic nerve is sympathetic dominant or parasympathetic dominant based on the pulse wave data, and to determine the sleep state based on this. That is, it is known that the sympathetic nerve is dominant when the subject is awake, the parasympathetic nerve is dominant during shallow non-REM sleep and deep non-REM sleep, and the autonomic nerve is irregular during REM sleep. Therefore, the sleep state can be determined with higher accuracy by obtaining the subject's autonomic nerve.
以下、図28に示す説明図を参照して詳細に説明する。自律神経機能を反映する各種の指標は、脈拍の間隔(R−R間隔)変動のパワースペクトラム(図28右側の特性図)より取得することが可能である。例えば、LF(0.04〜0.15Hz)、HF(0.2〜0.4Hz)とし(LFは交感神経、副交感神経の両者の影響を受ける、HFは副交感神経を反映している)、LF/HF値に基づいて、交感神経優位であるか否かの判断が可能となる。 Hereinafter, it will be described in detail with reference to the explanatory diagram shown in FIG. Various indexes reflecting the autonomic nervous function can be acquired from the power spectrum (characteristic diagram on the right side of FIG. 28) of pulse interval (RR interval) fluctuation. For example, LF (0.04-0.15 Hz), HF (0.2-0.4 Hz) (LF is affected by both sympathetic and parasympathetic nerves, HF reflects parasympathetic nerves), Based on the LF / HF value, it is possible to determine whether or not the sympathetic nerve is dominant.
そして、浅いノンレム睡眠時にHFパワー値は最大となり、レム睡眠時にはLFのパワー値が覚醒Wと同等の非常に高い値をとり、ノンレム睡眠時とは異なる値をとることから、前額部脳波による睡眠ステージでは判断しづらい浅いノンレム睡眠、レム睡眠の指標に使用できる。 And the HF power value becomes the maximum during shallow non-REM sleep, and the power value of LF takes a very high value equivalent to wakefulness W during REM sleep and takes a value different from that during non-REM sleep. It can be used as an index for shallow non-REM sleep and REM sleep, which are difficult to judge at the sleep stage.
[第4実施形態の説明]
次に、本発明の第4実施形態について説明する。システム構成は、第3実施形態で示した図14,図15と同様である。そして、第4実施形態では、脈波検出センサ40で検出される脈波に基づいて、被験者の呼吸を検出し、検出した呼吸データに基づいて、睡眠時無呼吸症候群等の睡眠質に関するデータを取得する。
[Description of Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The system configuration is the same as in FIGS. 14 and 15 shown in the third embodiment. And in 4th Embodiment, based on the pulse wave detected by the pulse
具体的には、図14に示した脈波検出センサ40で検出される脈波データがメモリカード24に書き込まれ、図15に示したデータ読み取り部31で該メモリカード24に書き込まれたデータが読み取られる。そして、演算制御部32は、この脈波データに基づいて呼吸データを取得する。
Specifically, pulse wave data detected by the pulse
図27(a)は、脈波データから呼吸データを取得する様子を示す特性図であり、図27(a)の実線で示す脈波データが検出された場合には、この脈波データの包絡線に基づいて、図中一点鎖線に示す如くの呼吸データを取得する。つまり、図27(a)の実線で示す脈波データは、呼吸に応じて振幅が変動するので、脈波データの包絡線を求めることにより、被験者の呼吸データを取得することができ、ひいては被験者の睡眠中における呼吸の状態を検査することができる。 FIG. 27A is a characteristic diagram showing how respiratory data is acquired from pulse wave data. When pulse wave data indicated by a solid line in FIG. 27A is detected, an envelope of this pulse wave data is shown. Based on the line, respiration data as indicated by the alternate long and short dash line in the figure is acquired. That is, since the amplitude of the pulse wave data indicated by the solid line in FIG. 27A fluctuates according to respiration, the respiratory data of the subject can be obtained by obtaining the envelope of the pulse wave data, and consequently the subject. The state of breathing during sleep can be examined.
例えば、被験者が閉塞型の睡眠時無呼吸症候群(OSAS)である場合には、図27(b)の曲線r1に示すように、時間t1の間で呼吸データの振幅が小さくなる。従って、このような呼吸データの変動を検出することにより、被験者が閉塞型の睡眠時無呼吸症候群であるか否かを判定することができる。 For example, when the subject has obstructive sleep apnea syndrome (OSAS), the amplitude of the respiratory data decreases during time t1, as shown by a curve r1 in FIG. Therefore, it is possible to determine whether or not the subject has obstructive sleep apnea syndrome by detecting such a change in respiratory data.
また、被験者が中枢型の睡眠時無呼吸症候群(CSAS)である場合には、図27(b)の曲線r2に示すように、時間t1の間で、呼吸データがほぼ振幅していない状態となる。従って、このような呼吸データの変動を検出することにより、被験者が中枢型の睡眠時無呼吸症候群であるか否かを判定することができる。 In addition, when the subject has a central sleep apnea syndrome (CSAS), as shown by a curve r2 in FIG. 27 (b), the respiratory data has almost no amplitude during time t1. Become. Therefore, it is possible to determine whether or not the subject has a central sleep apnea syndrome by detecting such a change in respiratory data.
更に、明らかな無呼吸、低呼吸、低酸素血症は認められないものの、上気道狭窄に伴う呼吸努力の増大の偽覚醒反応が起こり、睡眠が分断される症状である上気道抵抗症候群となる場合がある。このような場合でも、呼吸データの振幅を検出することにより、この症状を特定することが可能である。具体的には、図27(c)に示すように、特定の時間帯にて呼吸データの振幅が小さくなる場合には、上気道抵抗症候群であるものと判断することができる。 Furthermore, although there is no apparent apnea, hypopnea, or hypoxemia, a false arousal reaction with increased respiratory effort associated with upper airway stenosis occurs, resulting in upper airway resistance syndrome, a condition that disrupts sleep There is a case. Even in such a case, this symptom can be specified by detecting the amplitude of the respiratory data. Specifically, as shown in FIG. 27C, when the amplitude of the respiratory data becomes small in a specific time zone, it can be determined that the upper airway resistance syndrome is present.
このように、第4実施形態に係る睡眠状態検出システムでは、脈波データに基づいて、被験者の呼吸データを取得し、更に、この呼吸データに基づいて、被験者が睡眠時無呼吸症候群であるか、或いは上気道抵抗症候群であるかを判断することができ、更に、閉塞型の睡眠時無呼吸症候群、及び中枢型の睡眠時無呼吸症候群を判別することができる。従って、睡眠の深さに関する情報のみならず、睡眠時における呼吸状態をも判定することが可能となる。 As described above, in the sleep state detection system according to the fourth embodiment, the subject's respiratory data is acquired based on the pulse wave data, and further, based on the respiratory data, whether the subject has sleep apnea syndrome. Alternatively, it is possible to determine whether the patient has an upper airway resistance syndrome, and further, it is possible to determine an obstructive sleep apnea syndrome and a central sleep apnea syndrome. Therefore, it is possible to determine not only the information regarding the depth of sleep but also the respiratory state during sleep.
また、上述した第4実施形態の変形例として、脈波データより検出される脈拍数、及び酸素飽和度に基づいて、呼吸が停止しているか否かを判断することも可能である。図29は被験者が呼吸を停止したときの酸素飽和度、及び脈拍数の変化を示す特性図であり、図29(a)に示すように、被験者の呼吸が停止すると徐々に酸素飽和度が低下し、呼吸の再開後しばらく酸素飽和度の低下が継続する。そして、あるレベルまで酸素飽和度が低下すると、その後、酸素飽和度が上昇して通常値に戻る。また、図29(b)に示すように、脈拍数は、被験者の呼吸が停止すると同時に徐々に低下し、呼吸が再開されると同時に徐々に増加して通常値に戻る。 As a modification of the above-described fourth embodiment, it is also possible to determine whether or not breathing has stopped based on the pulse rate detected from the pulse wave data and the oxygen saturation. FIG. 29 is a characteristic diagram showing changes in oxygen saturation and pulse rate when the subject stops breathing. As shown in FIG. 29 (a), the oxygen saturation gradually decreases when the subject stops breathing. The oxygen saturation continues to decrease for a while after resuming breathing. And when oxygen saturation falls to a certain level, oxygen saturation will rise after that and will return to a normal value. Further, as shown in FIG. 29 (b), the pulse rate gradually decreases as the subject's breathing stops, and gradually increases and returns to the normal value when the breathing is resumed.
そして、図29に示すデータに基づき、被験者の酸素飽和度或いは脈拍数に基づいて、呼吸が停止しているか否かを判断することができ、ひいては、睡眠時における呼吸状態の検査に役立てることができる。例えば、酸素飽和度或いは脈拍データに基づいて、呼吸が停止しているものと判断された場合には、この被験者は睡眠時無呼吸症候群の疑いがあるものと判断することができる。 Then, based on the data shown in FIG. 29, it can be determined whether or not breathing has stopped based on the subject's oxygen saturation or pulse rate, which in turn can be useful for examining the respiratory state during sleep. it can. For example, if it is determined that breathing has stopped based on oxygen saturation or pulse data, it can be determined that the subject is suspected of having sleep apnea syndrome.
以上、本発明の睡眠状態検出装置、睡眠状態演算装置、及び睡眠状態検出システムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。 As described above, the sleep state detection device, the sleep state calculation device, and the sleep state detection system of the present invention have been described based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited to this, and the configuration of each unit is the same It can be replaced with an arbitrary configuration having the above function.
例えば、上述した実施形態では、睡眠状態検出装置102,102a,102bと、睡眠状態演算装置103,103a,103bが分離した構成を例に挙げているが、これらが一体化されていても良い。
For example, in the above-described embodiment, a configuration in which the sleep
本発明は、被験者の脳波を検出して睡眠状態を検出することに利用することができる。 The present invention can be used to detect a sleep state by detecting a brain wave of a subject.
11,12,13 電極
14 バッファアンプ
15 バッファアンプ
16 差動増幅器
17 ノッチフィルタ
18 ハイパスフィルタ
19 ローパスフィルタ
20 増幅部
21 スペクトル解析処理部
22 原波形処理部
23 記憶メディア入出力部
24 メモリカード
25,25a 絶縁ゲルシート
32 演算制御部
33 演算プログラム記憶部
34 メモリ
35 入力操作部
36 表示部
37 眼電図検出部
40 脈波検出センサ
41 赤色LED
42 赤外LED
43 フォトダイオード
44 3軸加速度センサ
45 LED制御部
46 電流・電圧変換部
47 フィルタ
48 増幅部
101,101a 睡眠状態検出システム
102,102a 睡眠状態検出装置
103,103a 睡眠状態演算装置
DESCRIPTION OF
42 Infrared LED
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記被験者の前額部に設けられた少なくとも3個の電極と、
前記電極により検出される脳波から、所望の低周波成分を除去するパッシブ型のハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタの出力信号から、筋電図に相当する所定周波数よりも高い周波成分を除去するアクティブ型のローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタを通過した信号をスペクトル解析するスペクトル解析手段と、
前記スペクトル解析手段より出力されるスペクトル解析データを、携帯式の記憶媒体に書き込む記憶媒体入出力手段と、
を備えたことを特徴とする睡眠状態検出装置。 In the sleep state detection device for detecting the sleep state of the subject,
At least three electrodes provided on the forehead of the subject;
A passive high-pass filter that removes a desired low-frequency component from the electroencephalogram detected by the electrode;
An active low-pass filter that removes a frequency component higher than a predetermined frequency corresponding to an electromyogram from the output signal of the high-pass filter;
Spectrum analysis means for spectrum analysis of the signal that has passed through the low-pass filter;
Storage medium input / output means for writing spectrum analysis data output from the spectrum analysis means to a portable storage medium;
A sleep state detection apparatus comprising:
前記記憶媒体入出力手段は、前記スペクトル解析データに加え、前記原波形データを前記記憶媒体に書き込むことを特徴とする請求項1に記載の睡眠状態検出装置。 An original waveform output means for outputting the signal that has passed through the low-pass filter as original waveform data;
The sleep state detection apparatus according to claim 1, wherein the storage medium input / output unit writes the original waveform data to the storage medium in addition to the spectrum analysis data.
前記スペクトル解析データが記憶された記憶媒体の記憶データを読み取るデータ読み取り手段と、
前記スペクトル解析データに含まれるδ波、θ波、α波、β波、及び前額筋電図のデータに基づき、δ波レベルをδ、θ波レベルをθ、α波レベルをα、β波レベルをβ、前額筋電図のレベルをemgとしたとき、「X=δ/(δ+θ+α+β+emg)」の演算を実行してδ波の含有率Xを求める演算手段と、
前記演算手段で求められた含有率Xに基づき、前記被験者の睡眠状態が、覚醒、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び、深いノンレム睡眠、のうちの何れであるかを検出する睡眠状態検出手段と、
を備えることを特徴とする睡眠状態演算装置。 In the sleep state calculation device that calculates the sleep state of the subject based on the spectrum analysis data obtained based on the brain wave of the subject,
Data reading means for reading storage data of a storage medium in which the spectrum analysis data is stored;
Based on the data of δ wave, θ wave, α wave, β wave and forehead electromyogram included in the spectrum analysis data, δ wave level is δ, θ wave level is θ, α wave level is α, β wave When the level is β and the level of the forehead electromyogram is emg, calculation means for calculating the content rate X of the δ wave by executing the calculation of “X = δ / (δ + θ + α + β + egg)”;
A sleep state detection means for detecting whether the sleep state of the subject is awakening, REM sleep, shallow non-REM sleep, or deep non-REM sleep based on the content rate X obtained by the calculation means; ,
A sleep state computing device comprising:
前記原波形データに基づいて、眼電図を読み取る眼電図読み取り手段を更に備え、
前記睡眠状態検出手段は、前記含有率Xに加え、前記眼電図読み取り手段で読み取られる眼電図に基づいて、前記被験者の睡眠状態が、覚醒、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び、深いノンレム睡眠、のうちの何れであるかを検出することを特徴とする請求項6に記載の睡眠状態演算装置。 The data reading means reads the original waveform data of the electroencephalogram stored in the storage medium in addition to the spectrum analysis data,
An electrooculogram reading means for reading an electrooculogram based on the original waveform data;
The sleep state detection means is based on an electrooculogram read by the electrooculogram reading means in addition to the content rate X, and the sleep state of the subject is awakening, REM sleep, shallow non-REM sleep, and deep non-REM The sleep state calculation apparatus according to claim 6, wherein the sleep state calculation device detects which one of sleep.
前記データ読み取り手段は、前記スペクトル解析データに加えて、前記記憶媒体に記憶されている被験者の脈波データ、及び被験者頭部の向きを示す加速度データの、少なくとも一方を読み取り、
前記睡眠状態検出手段は、前記スペクトル解析データに加え、前記脈波データ及び前記加速度データの少なくとも一方を用いて前記被験者の睡眠状態が、覚醒、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び、深いノンレム睡眠、のうちの何れであるかを検出することを特徴とする請求項6または請求項7のいずれかに睡眠状態演算装置。 In addition to the spectral analysis data, the storage medium stores at least one of the pulse wave data of the subject and the acceleration data indicating the orientation of the subject's head,
The data reading means reads at least one of the pulse wave data of the subject stored in the storage medium and the acceleration data indicating the direction of the subject's head in addition to the spectrum analysis data,
The sleep state detection means uses the at least one of the pulse wave data and the acceleration data in addition to the spectrum analysis data, and the sleep state of the subject is awake, REM sleep, shallow non-REM sleep, and deep non-REM sleep, The sleep state calculation device according to claim 6, wherein the sleep state calculation device is detected.
前記被験者の前額部に設けられた少なくとも3個の電極と、
前記電極により検出される脳波から、所望の低周波成分を除去するパッシブ型のハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタの出力信号から、所望の高周波成分を除去するアクティブ型のローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタを通過した信号をスペクトル解析するスペクトル解析手段と、
前記スペクトル解析手段より出力されるスペクトル解析データに含まれるδ波、θ波、α波、β波、及び前額筋電図のデータに基づき、δ波レベルをδ、θ波レベルをθ、α波レベルをα、β波レベルをβ、筋電図のレベルをemgとしたとき、「X=δ/(δ+θ+α+β+emg)」の演算を実行してδ波の含有率Xを求める演算手段と、
前記演算手段で求められた含有率Xに基づき、前記被験者の睡眠状態が、覚醒、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び、深いノンレム睡眠、のうちの何れであるかを検出する睡眠状態検出手段と、
を備えることを特徴とする睡眠状態検出システム。 In the sleep state detection system that detects the sleep state of the subject,
At least three electrodes provided on the forehead of the subject;
A passive high-pass filter that removes a desired low-frequency component from the electroencephalogram detected by the electrode;
An active low-pass filter that removes a desired high-frequency component from the output signal of the high-pass filter;
Spectrum analysis means for spectrum analysis of the signal that has passed through the low-pass filter;
Based on the δ wave, θ wave, α wave, β wave, and forehead electromyogram data included in the spectrum analysis data output from the spectrum analysis means, the δ wave level is δ, the θ wave level is θ, α When the wave level is α, the β wave level is β, and the electromyogram level is emg, calculation means for calculating the content rate X of the δ wave by executing the calculation of “X = δ / (δ + θ + α + β + egg)”;
A sleep state detection means for detecting whether the sleep state of the subject is awakening, REM sleep, shallow non-REM sleep, or deep non-REM sleep based on the content rate X obtained by the calculation means; ,
A sleep state detection system comprising:
前記睡眠状態検出手段は、前記含有率Xに加え、前記眼電図読み取り手段で読み取られる眼電図に基づいて、前記被験者の睡眠状態が、覚醒、レム睡眠、浅いノンレム睡眠、及び、深いノンレム睡眠、のうちの何れであるかを検出することを特徴とする請求項10に記載の睡眠状態検出システム。 An original waveform output means for outputting the signal that has passed through the low-pass filter as original waveform data; and an electrooculogram reading means for reading an electrocardiogram based on the original waveform data;
The sleep state detection means is based on an electrooculogram read by the electrooculogram reading means in addition to the content rate X, and the sleep state of the subject is awakening, REM sleep, shallow non-REM sleep, and deep non-REM The sleep state detection system according to claim 10, wherein one of sleep is detected.
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