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JP7288334B2 - Sleep state estimation device, method of operating sleep state estimation device, and sleep state estimation program - Google Patents

Sleep state estimation device, method of operating sleep state estimation device, and sleep state estimation program Download PDF

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JP7288334B2 JP2019071657A JP2019071657A JP7288334B2 JP 7288334 B2 JP7288334 B2 JP 7288334B2 JP 2019071657 A JP2019071657 A JP 2019071657A JP 2019071657 A JP2019071657 A JP 2019071657A JP 7288334 B2 JP7288334 B2 JP 7288334B2
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Description

本発明は、睡眠状態推定装置、睡眠状態推定方法及び睡眠状態推定プログラムに関する。 The present invention relates to a sleep state estimation device, a sleep state estimation method, and a sleep state estimation program.

睡眠時に呼吸停止又は低呼吸になる疾患である睡眠時無呼吸症候群(SAS:Sleep apnea syndrome)が知られている。睡眠時無呼吸症候群の診断方法として、睡眠中の脳波・眼球運動・心電図・筋電図・呼吸曲線・いびき・動脈血酸素飽和度等の生体活動を、一晩にわたって測定する睡眠ポリグラフ検査がある。しかし、装置が大がかりであり多岐にわたる検査のため被験者は入院を必要し、手軽に測定ができないという問題があった。又、医師もしくは臨床検査技師による総合的判断を必要とする。したがって、睡眠時無呼吸症候群の診断を簡便に行うことができる睡眠状態推定装置への必要性は高い。 Sleep apnea syndrome (SAS), which is a disease that causes respiratory arrest or hypopnea during sleep, is known. As a method for diagnosing sleep apnea syndrome, there is a polysomnography test in which biological activities such as electroencephalogram, eye movement, electrocardiogram, electromyogram, breathing curve, snoring, and arterial blood oxygen saturation are measured overnight. However, the apparatus is large-scale, and the subject needs to be hospitalized for a wide variety of examinations. In addition, comprehensive judgment by a doctor or clinical laboratory technologist is required. Therefore, there is a high need for a sleep state estimation device that can easily diagnose sleep apnea syndrome.

睡眠時に呼吸停止又は低呼吸になった状態と心拍数の変動とが関連することが知られている。睡眠時の心拍数変化を観測すると、正常睡眠時での心拍数の変動に比べ、呼吸停止又は低呼吸になったときは、徐脈と頻脈を交互に繰り返す特徴的な心拍変動、いわゆる周期的心拍変動(CVHR:cyclic variation of heartrate)が発生する。 It is known that respiratory arrest or hypopnea during sleep is associated with heart rate variability. Observation of heart rate variability during sleep reveals that, compared to heart rate variability during normal sleep, when respiratory arrest or hypopnea occurs, a characteristic heart rate variability that alternates between bradycardia and tachycardia, the so-called cycle cyclic variation of heart rate (CVHR) occurs.

特許文献1は、周期的心拍変動を検出して呼吸停止又は低呼吸になった状態を判定する方法を開示する。更に、呼吸停止又は低呼吸状態の精度を向上するため、被験者のそれぞれの健康状態を反映する指標として交感神経と副交感神経の活動比率の変化を利用することを開示する。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200001 discloses a method for detecting periodic heart rate variability to determine a respiratory arrest or hypopnea state. Further disclosed is the use of changes in the activity ratio of the sympathetic and parasympathetic nerves as an index reflecting the individual health of the subject to improve the accuracy of respiratory arrest or hypopnea.

又、特許文献2は、心拍間隔から交感神経及び副交感神経の活動比率を求めレム睡眠、ノンレム睡眠等睡眠状態を推定する睡眠状態判定方法を開示する。 Further, Patent Document 2 discloses a sleep state determination method for estimating a sleep state such as REM sleep or non-REM sleep by obtaining an activity ratio of sympathetic nerves and parasympathetic nerves from heartbeat intervals.

更に、特許文献3は、睡眠中の脈拍間隔データを使用して被験者の睡眠状態を判定する際に、被験者の体の動きの度合いを示す体動が所定の範囲にあるときは対応する脈拍間隔データを除外する睡眠状態判定方法を開示する。 Furthermore, in patent document 3, when determining the sleep state of a subject using pulse interval data during sleep, if the body movement indicating the degree of movement of the subject's body is within a predetermined range, the corresponding pulse interval A sleep state determination method that excludes data is disclosed.

特開2010-051387号公報JP 2010-051387 A 特開平7-143972号公報JP-A-7-143972 特開2005-279113号公報JP-A-2005-279113

しかし、特許文献1に記載の検出方法では、検出された周期的心拍変動にレム睡眠状態等を含むことがあり、睡眠時の呼吸停止又は低呼吸の検出精度が低くなる可能性がある。 However, in the detection method described in Patent Literature 1, the detected periodic heart rate fluctuation may include REM sleep and the like, and there is a possibility that the detection accuracy of respiratory arrest or hypopnea during sleep will be low.

又、特許文献2に記載の推定方法は、レム睡眠、ノンレム睡眠の判定はできるが、睡眠時の呼吸停止又は低呼吸状態の判定について開示してない。 Further, the estimation method described in Patent Document 2 can determine REM sleep and non-REM sleep, but does not disclose determination of respiratory arrest or hypopnea during sleep.

更に、被験者の体動の原因としては、被験者の呼吸停止又は低呼吸になったときだけでなく様々な要因があり、特許文献3に開示される体動だけで呼吸停止又は低呼吸になったと判定するのは難しい。 Furthermore, the subject's body movement is caused by various factors other than when the subject's breathing stops or becomes hypopnea. Hard to judge.

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、睡眠時の呼吸停止又は低呼吸状態の推定精度の高い簡便な睡眠状態推定装置を提供すること課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems, and to provide a simple sleep state estimation device with high accuracy in estimating respiratory arrest or hypopnea during sleep.

上記目的を達成するため、本発明に係る睡眠状態推定装置は、睡眠期間を含む所定期間における被験者の拍動間隔データを取得する取得部と、拍動間隔データから自律神経指標データを出力する自律神経指標出力部と、拍動間隔データ及び自律神経指標データに基づいて、被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態を推定する呼吸推定部と、推定結果を示す無呼吸指標信号を出力する出力部と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a sleep state estimation apparatus according to the present invention includes an acquisition unit that acquires beat interval data of a subject in a predetermined period including a sleep period, and an autonomous a neural index output unit, a respiratory estimator for estimating an apnea or hypopnea sleep state of a subject based on the beat interval data and the autonomic nerve index data, and an output unit for outputting an apnea index signal indicating the estimation result. , is characterized by having

更に、本発明に係る睡眠状態推定装置は、被験者の体動信号を取得して、体動データを出力する体動データ出力部を更に有し、呼吸推定部は、拍動間隔データ、自律神経指標データ、及び体動データに基づいて、被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態を推定することが好ましい。 Furthermore, the sleep state estimation apparatus according to the present invention further includes a body motion data output unit that acquires body motion signals of the subject and outputs body motion data. Preferably, the apnea or hypopnea sleep state of the subject is estimated based on the index data and the body motion data.

更に、本発明に係る睡眠状態推定装置は、呼吸推定部が、拍動間隔データから、周期的心拍変動イベントデータを検出するイベント検出部と、周期的心拍変動イベントデータから拍動間隔が所定範囲内となる期間の周期的心拍変動イベントデータを除外し、且つ、周期的心拍変動イベントデータから自律神経指標データが所定の自律神経指標閾値未満の周期的心拍変動イベントデータを除外し、且つ、体動データが所定の体動閾値未満の周期的心拍変動イベントデータを除外するイベント処理部と、を更に有することが好ましい。 Further, in the sleep state estimating device according to the present invention, the respiration estimating unit includes an event detecting unit that detects periodic heart rate fluctuation event data from the beat interval data, Excludes periodic heart rate variability event data for a period within, and excludes periodic heart rate variability event data in which the autonomic nerve index data is less than a predetermined autonomic nerve index threshold from the periodic heart rate variability event data, and and an event processor for excluding periodic heart rate variability event data whose motion data is less than a predetermined body motion threshold.

更に、本発明に係る睡眠状態推定装置は、呼吸推定部が、複数の被験者のデータに基づいて、被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態を推定する、ことが好ましい。 Further, in the sleep state estimation device according to the present invention, it is preferable that the respiration estimation unit estimates the subject's apnea or hypopnea sleep state based on data of a plurality of subjects.

本発明に係る睡眠状態推定方法は、睡眠期間を含む所定期間における被験者の拍動間隔データを取得することと、拍動間隔データから自律神経指標データを出力することと、拍動間隔データ及び自律神経指標データに基づいて、被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態を推定することと、推定結果を示す無呼吸指標信号を出力することと、を含むことを特徴とする。 A method for estimating a sleep state according to the present invention includes acquiring beat interval data of a subject in a predetermined period including a sleep period, outputting autonomic nerve index data from the beat interval data, The method includes estimating an apnea or hypopnea sleep state of the subject based on the neural index data, and outputting an apnea index signal indicating the estimation result.

本発明に係る睡眠状態推定プログラムは、コンピュータを動作させるプログラムであって、睡眠期間を含む所定期間における被験者の拍動間隔データを取得することと、拍動間隔データから自律神経指標データを出力することと、拍動間隔データ及び自律神経指標データに基づいて、被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態を推定することと、推定結果を示す無呼吸指標信号を出力することと、を含む睡眠状態推定方法、をコンピュータに実行させる睡眠状態推定プログラム。 A sleep state estimation program according to the present invention is a program that causes a computer to acquire beat interval data of a subject in a predetermined period including a sleep period, and outputs autonomic nerve index data from the beat interval data. estimating an apnea or hypopnea sleep state of the subject based on the beat interval data and the autonomic nerve index data; and outputting an apnea index signal indicating the estimation result. A sleep state estimation program that causes a computer to perform the method.

本発明に係る睡眠状態推定装置によれば、簡便に睡眠時の呼吸停止又は低呼吸状態の推定精度を向上することができる。 According to the sleep state estimation device according to the present invention, it is possible to easily improve the accuracy of estimating respiratory arrest or hypopnea during sleep.

心臓の拍動を示す心電図と心臓の拍動の時間間隔である心拍間隔を説明する図である。(a)は心電図波形であり、(b)は心拍間隔(RRI)のグラフである。FIG. 2 is a diagram for explaining an electrocardiogram showing heartbeats and a heartbeat interval, which is a time interval between heartbeats. (a) is an electrocardiogram waveform, and (b) is a graph of heart beat interval (RRI). 従来の脈波間隔変動から周期的心拍変動を推定する方法を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional method of estimating periodic heart rate variability from pulse wave interval variability. 従来の脈波間隔から周期的心拍変動フラグを推定するアルゴリズムの一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a conventional algorithm for estimating a periodic heart rate variability flag from pulse wave intervals; 平滑化された脈波間隔と周期的心拍変動イベントとの関連を描いたグラフを示す図である。FIG. 10 is a graph depicting the relationship between smoothed pulse intervals and periodic heart rate variability events; 自律神経指標(LF/HF)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an autonomic nerve index (LF/HF). 睡眠状態推定装置の第1実施形態の処理概要の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the process outline|summary of 1st Embodiment of a sleep state estimation apparatus. 第1実施形態の睡眠状態推定装置の構成の一例を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows an example of a structure of the sleep state estimation apparatus of 1st Embodiment. 睡眠状態推定処理のフローチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flowchart of a sleep state estimation process. 睡眠状態推定装置の第2実施形態の処理概要の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the process outline|summary of 2nd Embodiment of a sleep state estimation apparatus. 第2実施形態の睡眠状態推定装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the sleep state estimation apparatus of 2nd Embodiment. 睡眠状態推定装置7で行われる睡眠計測処理のフローチャートの一例を示す図である。6 is a diagram showing an example of a flowchart of sleep measurement processing performed by the sleep state estimation device 7. FIG. 第3実施形態の睡眠状態推定装置の一例を示す外形斜視図である。(a)は表側からの外形斜視図であり、(b)は裏側からの外形斜視図である。It is an external perspective view showing an example of a sleep state estimation device of a third embodiment. (a) is an external perspective view from the front side, and (b) is an external perspective view from the back side. 第3実施形態の睡眠状態推定装置の本体部の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the main-body part of the sleep state estimation apparatus of 3rd Embodiment. 本発明による周期的心拍変動検出の効果を示す図である。FIG. 10 illustrates the effect of periodic heart rate variability detection according to the present invention;

以下、本開示の一側面に係る睡眠状態推定装置について、図を参照しつつ説明する。但し、本開示の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。なお、以下の説明及び図において、同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 A sleep state estimation device according to one aspect of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present disclosure is not limited to those embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof. In the following description and drawings, components having the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.

[心臓の拍動と心拍間隔]
図1は、心臓の拍動を示す心電図と心臓の拍動の時間間隔である心拍間隔を説明する図である。(a)は心電図波形であり、(b)は心拍間隔のグラフである。
[Heart beat and heartbeat interval]
FIG. 1 is a diagram for explaining an electrocardiogram showing heartbeats and a heartbeat interval, which is a time interval between heartbeats. (a) is an electrocardiogram waveform, and (b) is a heartbeat interval graph.

人が横になる等安静にしているときは心臓の拍動が「遅く」なり、運動した時や緊張した時には心臓の拍動が「速く」なることはよく知られている。心臓の拍動が「速い」、「遅い」という現象は、例えば、拍動の一拍と次の一拍の間の時間である心拍間隔により表現できる。心臓の鼓動が速いときは、心拍間隔時間は小さくなり、反対に、心臓の拍動が遅いときは、心拍間隔時間は大きくなる。 It is well known that the heart beats "slower" when a person is at rest, such as lying down, and "fastens" when the person is exercising or tense. The phenomenon that the heart beats "fast" or "slow" can be expressed, for example, by a heartbeat interval, which is the time between one beat and the next beat. When the heart beats fast, the beat-to-beat interval time decreases, and conversely, when the heart beats slowly, the beat-to-beat interval time increases.

図1(a)は、心電図と呼ばれる心臓が拍動するときに発生する電気信号を示す図である。心電図の一番鋭いピークであるRは、心臓の心室と呼ばれる部分が急激に収縮して血液を心臓から送り出している時に発生する電気信号であり、R-R間の時間間隔を心拍間隔(RRI;R-R Interval)という。 FIG. 1(a) is a diagram showing an electrical signal generated when the heart beats, called an electrocardiogram. The sharpest peak of an electrocardiogram, R, is an electrical signal generated when the ventricles of the heart contract rapidly to pump blood out of the heart. ; R-R Interval).

図1(b)は、心拍間隔(RRI)をプロットしたグラフである。心拍間隔(RRI)は常に一定ではなく変動していることがわかる。運動することで心拍数が上昇し心拍間隔(RRI)が変化するだけでなく、じっと安静にしているときや眠っているときでも、心拍間隔(RRI)の変動が観察される。上図では、心拍間隔(RRI)が950ミリ秒から900ミリ秒のあいだで変動している。このような心拍間隔の変動を、心拍変動と呼ぶ。 FIG. 1(b) is a graph plotting the heart rate interval (RRI). It can be seen that the heartbeat interval (RRI) is not always constant but fluctuates. Not only does exercise increase heart rate and change heart rate interval (RRI), variations in heart rate interval (RRI) are also observed during rest and sleep. In the upper figure, the heartbeat interval (RRI) fluctuates between 950 ms and 900 ms. Such variation in heartbeat interval is called heart rate variability.

被験者が無呼吸又は低呼吸睡眠状態にあるとき、徐脈と頻脈を交互に繰り返す特徴的な心拍変動、いわゆる周期的心拍変動が起こることが知られている。しかし、周期的な心拍変動には、様々な要因があり、被験者が無呼吸又は低呼吸睡眠状態にあることを簡便に精度よく推定する必要がある。尚、本実施形態では、心拍間隔(RRI)と脈波間隔(PPI)を総称して拍動間隔と呼ぶ。脈波間隔(PPI)は、脈波の最も鋭いピーク間の時間間隔をいう。心電図は心臓の心筋の活動に伴い発生する電位変化をとらえたものに対し、脈波は心臓が拍出した血液が動脈を介し末梢へ流れた血流の変動を測定したものであり、RRIとPPIはそれぞれから取得した情報であるが、睡眠時など比較的安静時にはそれらはほぼ同様な値を示すことが知られている。以降の実施例では脈波間隔に基づき説明する。 It is known that when a subject is in an apnea or hypopnea sleep state, a characteristic heart rate variability that alternates between bradycardia and tachycardia, so-called periodic heart rate variability, occurs. However, there are various factors in periodic heart rate fluctuations, and it is necessary to simply and accurately estimate whether the subject is in an apnea or hypopnea sleep state. In this embodiment, the heart rate interval (RRI) and the pulse interval (PPI) are collectively referred to as the beat interval. Pulse interval (PPI) refers to the time interval between the sharpest peaks of the pulse wave. The electrocardiogram captures the potential changes that occur with the activity of the heart muscle, while the pulse wave measures changes in the blood flow from the heart's pumped blood through the arteries to the periphery. PPI is information acquired from each, and it is known that they show almost the same value when relatively at rest such as during sleep. The following embodiments will be described based on pulse wave intervals.

[従来の脈波間隔変動から周期的心拍変動を検出する方法]
図2は、従来の脈波間隔変動から周期的心拍変動を推定する方法を説明するための図である。
[Conventional method for detecting periodic heart rate variability from interpulse interval variability]
FIG. 2 is a diagram for explaining a conventional method of estimating periodic heart rate variability from pulse wave interval variability.

図2の上段のグラフは、脈波間隔値を縦軸に睡眠時刻を横軸にして描いたグラフである。実線は実際の脈波間隔を示し、破線は、例えば移動平均により平滑化された脈波間隔である。平滑化された脈波間隔の落ち込みをディップ(dip)という。図2の下段のグラフは、平滑化された脈波間隔から推定される周期的心拍変動フラグを、睡眠時刻を横軸にして描いたグラフである。周期的心拍変動フラグとは、被験者が無呼吸状態にあることを示すフラグである。 The upper graph in FIG. 2 is a graph in which the pulse wave interval value is plotted on the vertical axis and the sleep time is plotted on the horizontal axis. A solid line indicates an actual pulse wave interval, and a dashed line indicates a pulse wave interval smoothed by, for example, a moving average. A drop in the smoothed pulse wave interval is called a dip. The lower graph in FIG. 2 is a graph showing the periodic heart rate variability flag estimated from the smoothed pulse wave interval, with the sleep time as the horizontal axis. A periodic heart rate variability flag is a flag indicating that the subject is in an apnea state.

図3は、従来の脈波間隔から周期的心拍変動フラグを推定するアルゴリズムの一例を示す図である。まず、平滑化された脈波間隔の極小値近傍の形状をディップ候補として抽出する(ST401)。抽出されたディップ形状の判定、例えばディップ形状が所定の放物線形状に類似するかの判定を行う(ST402)。更にディップの深さ、例えば極小値の中心時刻における値と、前後の移動平均の最大値の平均値との差として、個々のディップの深さを算出して閾値判定を行う(ST403)。更にディップの幅の判定、例えば隣接するディップに対して所定範囲内のディップ幅を有しているかの判定を行う(ST404)。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a conventional algorithm for estimating a periodic heart rate variability flag from pulse wave intervals. First, a shape near the minimum value of the smoothed pulse wave interval is extracted as a dip candidate (ST401). The extracted dip shape is determined, for example, it is determined whether the dip shape resembles a predetermined parabolic shape (ST402). Further, the depth of each dip is calculated as the difference between the depth of the dip, for example, the value at the center time of the minimum value and the average value of the maximum values of the moving averages before and after, and the threshold determination is performed (ST403). Further, the width of the dip is determined, for example, it is determined whether or not the adjacent dip has a dip width within a predetermined range (ST404).

更にディップの類似性の判定を行う(ST405)。例えば隣接するディップに対して所定範囲内のディップ幅及び所定範囲内のディップ高さを有し、且つ隣接するディップに対して所定範囲内のディップ幅とディップ高さの比を有しているディップを、類似性を有するディップとして特定する。更にディップの周期性の判定を行う(ST406)。例えば4つの連続するディップのうちの隣接する2つのディップの全てについて、隣接する2つのディップの時刻差が所定時間の範囲内であり、かつ、時刻差の大きさのばらつきが所定範囲内である場合に、その4つのディップは周期性を有するとする。上記条件を全て満たしたディップを周期的心拍変動フラグとして取得する(ST407)。周期的心拍変動フラグは、周期的心拍変動フラグに対応する時刻に被験者は無呼吸状態にあり周期的心拍変動イベントが発生していることを示すものである。 Furthermore, the similarity of dips is determined (ST405). For example, a dip having a dip width and a dip height within a predetermined range with respect to adjacent dips, and a dip width to dip height ratio within a predetermined range with respect to adjacent dips. are identified as dips with similarity. Furthermore, the periodicity of dips is determined (ST406). For example, for all two adjacent dips out of four consecutive dips, the time difference between the two adjacent dips is within a predetermined time range, and the variation in magnitude of the time difference is within a predetermined range. , the four dips are periodic. A dip that satisfies all of the above conditions is acquired as a periodic heart rate variability flag (ST407). The cyclic heart rate variability flag indicates that the subject is in an apnea state and a cyclic heart rate variability event has occurred at the time corresponding to the cyclic heart rate variability flag.

図4は、平滑化された脈波間隔と周期的心拍変動イベントとの関連を描いたグラフを示す図である。 FIG. 4 is a graph depicting the relationship between smoothed pulse intervals and periodic heart rate variability events.

被験者の平滑化された脈波間隔は、左側部分Aでは安定しているが、右側部分Bでは大きく変動していることがわかる。従来の脈波間隔変動から周期的心拍変動を推定するアルゴリズムによって、左側部分Aで周期的心拍変動フラグc(1、t1)、c(2,t2)、c(3、t3)を取得する。ここで、c(n,tn)は、n番目の周期的心拍変動フラグであり、時刻tnで検出されていることを示す(n:自然数)。更に右側部分Bで周期的心拍変動フラグc(4、t4)、c(5,t5)、c(6、t6)、c(7,t7)、c(8、t8)を取得する。 It can be seen that the subject's smoothed pulse wave interval is stable in the left portion A, but fluctuates greatly in the right portion B. FIG. The left part A obtains the cyclic heart rate variability flags c(1, t1), c(2, t2), c(3, t3) by a conventional algorithm for estimating cyclic heart rate variability from pulse interval variability. Here, c(n, tn) is the n-th periodic heart rate variability flag and indicates detection at time tn (n: natural number). Furthermore, in the right part B, periodic heart rate variability flags c(4, t4), c(5, t5), c(6, t6), c(7, t7), c(8, t8) are acquired.

平滑化された脈波間隔の大きく変動している右側部分Bでは、被験者は無呼吸状態ではなく、例えば、レム睡眠等、別の睡眠状態にあることを、発明者は実際の無呼吸状態と検出された周期的心拍変動フラグとを対比することにより知得した。本願発明は、従来の脈波間隔変動から周期的心拍変動を取得するアルゴリズムにより取得された周期的心拍変動フラグから、被験者が無呼吸状態にない周期的心拍変動フラグを除外する。被験者が無呼吸状態にない周期的心拍変動フラグを除外することにより、被験者が無呼吸状態にあり周期的心拍変動イベントが発生していることが精度よく検出される。 In the right part B, where the smoothed pulse wave interval fluctuates greatly, the subject is not in an apnea state, but in another sleep state such as REM sleep. It was obtained by comparing with the detected periodic heart rate variability flag. The present invention excludes the periodic heart rate variability flags indicating that the subject is not in an apnea state from the periodic heart rate variability flags obtained by a conventional algorithm for obtaining periodic heart rate variability from pulse interval variability. By excluding the periodic heart rate variability flag indicating that the subject is not in an apnea state, it is accurately detected that the subject is in an apnea state and a periodic heart rate variability event has occurred.

[自律神経指標の例]
被験者が無呼吸睡眠状態となったとき、被験者の交感神経活動が活性化することが知られている。交感神経活動の活動度については、例えば心拍変動を解析することで把握可能なことが知られている。
[Example of autonomic nerve index]
It is known that the sympathetic activity of the subject is activated when the subject enters an apnea sleep state. It is known that the activity level of sympathetic nerve activity can be grasped by analyzing heart rate variability, for example.

図5は、自律神経指標(LF/HF)の一例を示す図である。心拍変動の周波数解析を行った結果の一例を示している。例えば心拍間隔(RRI)を所定時間、例えば5分間に亘って、周波数解析した周波数(横軸)とパワー(縦軸)との関係を示すグラフである。低周波数区間(例えば0.05Hz-0.15Hz)のピーク値をLFとし、高周波数区間(例えば0.15Hz-0.4Hz)のピーク値をHFとする。 FIG. 5 is a diagram showing an example of an autonomic nerve index (LF/HF). An example of results of frequency analysis of heart rate variability is shown. For example, it is a graph showing the relationship between the frequency (horizontal axis) and the power (vertical axis) obtained by frequency analysis of the heartbeat interval (RRI) over a predetermined period of time, for example, 5 minutes. Let LF be the peak value in the low frequency section (eg, 0.05 Hz-0.15 Hz), and let HF be the peak value in the high frequency section (eg, 0.15 Hz-0.4 Hz).

LFは主に交感神経機能の活動度を示し、HFは副交感神経機能の活動度を示す。ただしLFは交感神経だけでなく副交感神経の関与もあるため、LFとHFの比(LF/HF)を交感神経の活性度の指標として使用されることが多く、本発明ではLF/HFを交感神経活性度の指標として使用する。又、ピーク値ではなく、低周波数区間と高周波数区間のパワースペクトル密度の比を自律神経指標(LF/HF)としてもよい。交感神経の活動度を示す自律神経指標(LF/HF)を利用して被験者が無呼吸睡眠状態となったときの推定精度を上げることができる。 LF mainly indicates the activity of the sympathetic nerve function, and HF indicates the activity of the parasympathetic nerve function. However, since LF is involved not only in sympathetic nerves but also in parasympathetic nerves, the ratio of LF to HF (LF/HF) is often used as an index of sympathetic nerve activity. Used as an index of neural activity. Also, instead of the peak value, the ratio of the power spectral densities of the low frequency section and the high frequency section may be used as the autonomic nerve index (LF/HF). Using the autonomic nerve index (LF/HF), which indicates the degree of sympathetic nerve activity, it is possible to increase the accuracy of estimation when the subject is in an apnea sleep state.

[睡眠状態推定装置の第1実施形態の処理概要]
図6は、本発明に係る睡眠状態推定装置の第1実施形態の処理概要の一例を示す図である。
[Outline of processing of the first embodiment of the sleep state estimation device]
FIG. 6 is a diagram showing an example of a processing outline of the sleep state estimation device according to the first embodiment of the present invention.

被験者の手首には、被験者の心臓の拍動状態、例えば脈拍を検出する光学式脈波センサ11を有するリストバンド1が取り付けられている。光学式脈波センサ11は、例えばLEDドライバと緑色検出用フォトダイオードを搭載した光学式脈波センサICを有する。LEDを生体内に向けて照射した時の反射光の強度をフォトダイオードで測定して、脈波信号を得ることができる。脈波センサは光学式だけでなく、例えば脈圧検出式脈波センサでもよい。 A wristband 1 having an optical pulse wave sensor 11 for detecting the beating state of the subject's heart, for example, the pulse, is attached to the subject's wrist. The optical pulse wave sensor 11 has, for example, an optical pulse wave sensor IC equipped with an LED driver and a green detection photodiode. A pulse wave signal can be obtained by measuring, with a photodiode, the intensity of the reflected light when the LED is directed toward the living body. The pulse wave sensor may be, for example, a pulse pressure detection type pulse wave sensor as well as an optical type.

本実施例では、リストバンド1は被験者の手首に取り付けた状態を示しているが、被験者の他の部位に取り付けてもよい。 In this embodiment, the wristband 1 is attached to the subject's wrist, but it may be attached to other parts of the subject.

リストバンド1の脈波センサで検出された拍動信号は、無線通信、例えばWiFi、ブルートゥース(登録商標)により睡眠状態推定装置2に送信される。拍動信号の送信はリアルタイムでなくともよく、例えば、被験者が睡眠から覚醒した後、まとめて睡眠状態推定装置2に送信してもよい。又、リストバンド1から睡眠状態推定装置2に拍動信号を直接無線送信する必要はなく、例えばスマートホン、アクセスポイント経由で睡眠状態推定装置2に送信してもよい。 A pulse signal detected by the pulse wave sensor of the wristband 1 is transmitted to the sleep state estimation device 2 by wireless communication such as WiFi or Bluetooth (registered trademark). The pulse signal may not be transmitted in real time, and for example, after the subject wakes up from sleep, the pulse signal may be transmitted to the sleep state estimation device 2 all at once. Further, it is not necessary to directly wirelessly transmit the pulse signal from the wristband 1 to the sleep state estimation device 2, and the pulse signal may be transmitted to the sleep state estimation device 2 via, for example, a smart phone or an access point.

リストバンド1から送信された拍動信号は、睡眠状態推定装置2のアンテナ21で介して通信インターフェース22が受信する。 A pulsation signal transmitted from the wristband 1 is received by the communication interface 22 via the antenna 21 of the sleep state estimation device 2 .

取得部221は、被験者の心臓の拍動状態を示す拍動信号から拍動の間隔、例えば脈波の隣接するピーク値の時間間隔を示す拍動間隔データを取得する。拍動間隔データは呼吸推定部222に入力される。又、拍動間隔データは自律神経指標出力部226に出力される。 The acquiring unit 221 acquires beat interval data indicating intervals between beats, for example, time intervals between adjacent peak values of pulse waves, from the beat signal indicating the beating state of the heart of the subject. The beat interval data is input to respiration estimator 222 . Also, the beat interval data is output to the autonomic nerve index output unit 226 .

呼吸推定部222のイベント検出部223は、拍動間隔データを平滑化する。更にイベント検出部223は、図3に示した従来の脈波間隔から周期的心拍変動フラグを推定するアルゴリズムを使用して周期的心拍変動イベントを検出する。検出された周期的心拍変動イベントデータはイベント処理部224に入力される。 The event detector 223 of the respiration estimator 222 smoothes the beat interval data. Further, the event detector 223 detects cyclical heart rate variability events using the algorithm for estimating the cyclical heart rate variability flag from the conventional pulse interval shown in FIG. The detected periodic heart rate variability event data is input to the event processing section 224 .

自律神経指標出力部226は、拍動間隔データに基づき自律神経指標(LF/HF)データを出力する。自律神経指標出力部226から出力される自律神経指標データは、イベント処理部224に入力される。 The autonomic nerve index output unit 226 outputs autonomic nerve index (LF/HF) data based on the beat interval data. The autonomic nerve index data output from the autonomic nerve index output unit 226 is input to the event processing unit 224 .

イベント処理部224は、検出された周期的心拍変動イベントデータから、拍動間隔が所定範囲内となる期間に対応する周期的心拍変動イベントデータを除外する。無呼吸に伴う周期的心拍変動では、交感神経が優位となっており、平均的な拍動間隔は短くなる傾向があるが、例えばレム睡眠の場合は周期的心拍変動に類似な心拍変動となるがその平均的な拍動間隔は無呼吸の場合に比べて長い傾向があるため、所定範囲をレム睡眠時の平均的な拍動間隔付近とし、この範囲を除外することで無呼吸であることを示す周期的心拍変動イベントデータのみを選択する。 The event processing unit 224 excludes periodic heart rate variability event data corresponding to a period in which the beat interval is within a predetermined range from the detected periodic heart rate variability event data. In periodic heart rate variability associated with apnea, the sympathetic nervous system is dominant, and the average beat interval tends to be short. However, the average beating interval tends to be longer than in the case of apnea, so the predetermined range is set around the average beating interval during REM sleep, and this range is excluded. Select only cyclic heart rate variability event data that show .

イベント処理部224は、除外処理された無呼吸であることを示す周期的心拍変動イベントデータを、更に、自律神経指標データに基づいてフィルタリングする。フィルタリングは、例えば、自律神経指標が所定の自律神経指標閾値以上であるときの周期的心拍変動イベントデータを無呼吸であることを示す周期的心拍変動イベントデータをとして判定する。自律神経指標(LF/HF)が高いとき、被験者が無呼吸又は低呼吸睡眠状態にある可能性が高いと推定される。 The event processing unit 224 further filters the excluded periodic heart rate variability event data indicating apnea based on the autonomic nerve index data. The filtering determines, for example, the periodic heart rate variability event data when the autonomic nerve index is greater than or equal to a predetermined autonomic nerve index threshold as the periodic heart rate variability event data indicating apnea. When the autonomic index (LF/HF) is high, it is estimated that the subject is likely to be in an apnea or hypopnea sleep state.

イベント処理部224による検出結果に基づき、出力部225は、無呼吸指標として周期的心拍変動イベントデータを出力する。周期的心拍変動イベントデータに代えて、又は周期的心拍変動イベントデータと共に検出単位時間あたりの呼吸指標、例えば1時間あたりの無呼吸と低呼吸を合わせた回数である無呼吸低呼吸指数(AHI:Apnea Hypopnea Index)に相当する値を出力してもよい。 Based on the detection result by the event processing unit 224, the output unit 225 outputs periodic heart rate variability event data as an apnea index. Instead of, or in conjunction with, the cyclic heart rate variability event data, an index of respiration per detected unit time, e.g. Apnea Hypopnea Index) may be output.

無呼吸指標は、睡眠状態推定装置2に内蔵される不図示の表示部に入力され、表示画面上に、例えば、無呼吸低呼吸指数に相当する値が表示される。又、無呼吸指標は、睡眠状態推定装置2に内蔵される不図示のハードディスク、着脱メモリカードに書き込まれてもよい。更に、無呼吸低呼吸指数に相当する値は、睡眠状態推定装置2に接続される、プリンタ、情報端末装置、サーバ装置に出力されてもよい。又、ネットワークを介して、例えば、被験者データベースを有するサーバ装置に送信されてもよい。 The apnea index is input to a display unit (not shown) built into the sleep state estimation device 2, and a value corresponding to the apnea hypopnea index is displayed on the display screen, for example. The apnea index may also be written to a hard disk (not shown) or a removable memory card built into the sleep state estimation device 2 . Furthermore, the value corresponding to the apnea-hypopnea index may be output to a printer, information terminal device, or server device connected to the sleep state estimation device 2 . It may also be transmitted over a network, for example to a server device having a subject database.

本実施形態の睡眠状態推定装置2によれば、簡便に睡眠時の呼吸停止又は低呼吸状態の検出精度を向上することができる。
[第1実施形態の睡眠状態推定装置の構成例]
図7は、第1実施形態の睡眠状態推定装置の構成の一例を示す図である。
According to the sleep state estimation device 2 of the present embodiment, it is possible to easily improve the detection accuracy of respiratory arrest or hypopnea during sleep.
[Configuration example of the sleep state estimation device of the first embodiment]
FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of the sleep state estimation device of the first embodiment.

睡眠状態推定装置2は、アンテナ21を介して外部と通信する通信インターフェース22と、通信インターフェース22と接続する制御部24を有する。更に、外部記憶媒体と接続する記憶媒体インターフェース23を有してもよい。例えば、記憶媒体インターフェース23により睡眠状態推定装置2はリストバンド1の記憶媒体に記憶された検出データを読み込むことができる。 The sleep state estimation device 2 has a communication interface 22 that communicates with the outside via an antenna 21 and a control unit 24 that connects to the communication interface 22 . Furthermore, it may have a storage medium interface 23 for connecting with an external storage medium. For example, the storage medium interface 23 allows the sleep state estimation device 2 to read detection data stored in the storage medium of the wristband 1 .

制御部24は、制御記憶部210と制御処理部220を有する。制御記憶部210は、1又は複数の半導体メモリにより構成される。例えば、RAMや、フラッシュメモリ、EPROM、EEPROM等の不揮発性メモリの少なくとも一つを有する。制御記憶部210は、制御処理部220による処理に用いられるドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。 The control unit 24 has a control storage unit 210 and a control processing unit 220 . The control storage unit 210 is composed of one or more semiconductor memories. For example, it has at least one of RAM and non-volatile memory such as flash memory, EPROM, and EEPROM. The control storage unit 210 stores driver programs, operating system programs, application programs, data, etc. used for processing by the control processing unit 220 .

例えば、制御記憶部210は、ドライバプログラムとして、通信インターフェース22を制御するデバイスドライバプログラムを記憶する。コンピュータプログラムは、例えば、CD-ROM、DVD-ROM等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて制御記憶部210にインストールされてもよい。また、プログラムサーバ等からダウンロードしてインストールしてもよい。 For example, the control storage unit 210 stores a device driver program that controls the communication interface 22 as a driver program. The computer program may be installed in the control storage unit 210 from a computer-readable portable recording medium such as CD-ROM, DVD-ROM, etc. using a known setup program or the like. Alternatively, it may be downloaded from a program server or the like and installed.

更に、制御記憶部210は、所定の処理に係る一時的なデータを一時的に記憶してもよい。制御記憶部210は、拍動閾値、拍動間隔平均範囲、 自律神経指標閾値、体動閾値等の閾値テーブル211、推定時間、判定時間、自律神経指標算出時間等の時間テーブル212、統計処理のための統計マスタ213等を記憶する。 Furthermore, the control storage unit 210 may temporarily store temporary data related to predetermined processing. The control storage unit 210 includes a threshold table 211 such as a beat threshold value, a beat interval average range, an autonomic nerve index threshold value, and a body movement threshold value, a time table 212 such as an estimated time, a judgment time, an autonomic nerve index calculation time, and the like, and statistical processing. Statistical master 213 and the like for the purpose are stored.

制御記憶部210に記憶される、拍動閾値、拍動間隔平均範囲、自律神経指標閾値、体動閾値等の閾値テーブル211、推定時間、判定時間、自律神経指標出力時間等の時間テーブル212は固有の設定値としてもよい。又、閾値テーブル211、及び時間テーブル212は、複数被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態の統計を取り、統計値の平均、分散等に基づいて統計的に設定されてもよい。更に、被験者の、生体情報、例えば年齢、性別、体重に応じた設定値を統計マスタ213に記憶して、被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態の推定に利用してもよい。 A threshold table 211 such as a beat threshold value, a beat interval average range, an autonomic nerve index threshold value, and a body movement threshold value, and a time table 212 such as an estimated time, a determination time, an autonomic nerve index output time, etc., stored in the control storage unit 210 are: A unique set value may be used. Also, the threshold table 211 and the time table 212 may be statistically set based on the average, variance, etc. of statistical values obtained by taking statistics of apnea or hypopnea sleep states of multiple subjects. Furthermore, biometric information of the subject, such as age, sex, and set values according to weight, may be stored in the statistics master 213 and used to estimate the apnea or hypopnea sleep state of the subject.

制御処理部220は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。制御処理部220は、睡眠状態推定装置2の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、MCU(Micro Controller Unit)である。 The control processing unit 220 has one or more processors and their peripheral circuits. The control processing unit 220 comprehensively controls the overall operation of the sleep state estimation device 2, and is, for example, an MCU (Micro Controller Unit).

制御処理部220は、制御記憶部210に記憶されているプログラム(オペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム等)に基づいて処理を実行する。また、制御処理部220は、複数のプログラム(アプリケーションプログラム等)を並列に実行してもよい。制御処理部220は、取得部221呼吸推定部222、イベント検出部223、イベント処理部224、出力部225、自律神経指標出力部226等を有する。 The control processing unit 220 executes processing based on programs (operating system program, driver program, application program, etc.) stored in the control storage unit 210 . Also, the control processing unit 220 may execute a plurality of programs (application programs, etc.) in parallel. The control processing unit 220 includes an acquisition unit 221, a respiration estimation unit 222, an event detection unit 223, an event processing unit 224, an output unit 225, an autonomic nerve index output unit 226, and the like.

制御処理部220が有するこれらの各部は、独立した集積回路、回路モジュール、マイクロプロセッサ、又はファームウェアとして制御部24に実装されてもよい。 These units included in the control processing unit 220 may be implemented in the control unit 24 as independent integrated circuits, circuit modules, microprocessors, or firmware.

[第1実施形態の睡眠状態推定処理フロー]
図8は、睡眠状態推定装置2で行われる睡眠状態推定処理のフローチャートの一例を示す図である。
[Sleep state estimation processing flow of the first embodiment]
FIG. 8 is a diagram showing an example of a flowchart of sleep state estimation processing performed by the sleep state estimation device 2. As shown in FIG.

本例の睡眠状態推定処理フローは、被験者のリストバンド1から被験者の1回の睡眠時間分、例えば7時間分の拍動信号がすでに睡眠状態推定装置2に送信されて、制御記憶部210に記憶されているときの処理であり睡眠推定処理は一括して行うことができる。又、例えば1時間単位で拍動信号を取得して、1時間毎に推定処理を行ってもよい。 In the sleep state estimation processing flow of this example, the pulsation signals for one sleep time of the subject, for example, 7 hours have already been sent from the subject's wristband 1 to the sleep state estimation device 2, and are stored in the control storage unit 210. The sleep estimation process, which is the process when stored, can be performed collectively. Alternatively, for example, a pulse signal may be obtained in units of one hour, and estimation processing may be performed every hour.

取得部221は、被験者のリストバンド1から受信された拍動信号を用いて拍動間隔を示す拍動間隔データを取得する(ST801)。 Acquisition section 221 acquires beat interval data indicating the beat interval using the beat signal received from subject's wristband 1 (ST801).

自律神経指標出力部226は、拍動間隔データに基づき自律神経指標データを出力するする(ST802)。 Autonomic nerve index output section 226 outputs autonomic nerve index data based on the beat interval data (ST802).

イベント検出部223は、拍動間隔データを平滑化する(ST803)。更にイベント検出部223は、図3に示した従来の脈波間隔から周期的心拍変動フラグを推定するアルゴリズムを使用して周期的心拍変動イベントを検出する(ST804)。イベント処理部224は、拍動間隔データの移動平均(mv)を算出する(ST805)。イベント処理部224は、所定期間、例えば、1時間ごとの、又は1睡眠期間における拍動間隔データの平均値(An)を算出する(ST806)。 Event detection section 223 smoothes the beat interval data (ST803). Furthermore, event detection section 223 detects a periodic heart rate fluctuation event using the conventional algorithm for estimating a periodic heart rate fluctuation flag from the pulse wave interval shown in FIG. 3 (ST804). Event processing section 224 calculates the moving average (mv) of the beat interval data (ST805). Event processing section 224 calculates the average value (An) of beat interval data for a predetermined period, for example, every hour or for one sleep period (ST806).

イベント処理部224は、周期的心拍変動フラグが検出された時刻tkにおいて拍動間隔データの移動平均(mv)が平均値(An)以下であるかを判定する(ST807)。移動平均(mv)が平均値(An)以下であるとき(ST807:YES)は、イベント処理部224は、時刻tkにおける自律神経指標が所定の自律神経指標閾値Th以上かを判定する(ST808)。移動平均(mv)が平均値(An)を超えるとき(ST807:NO)は、イベント処理部224は、ST807に戻り次の時刻の周期的心拍変動フラグの移動平均(mv)と平均値(An)を比較する。なお、ここでは移動平均(mv)が平均値(An)以下であるときとしたが、この限りでなく、平均値(An)の定数倍(例えば1.1)などでも構わない。またAnは1睡眠期間における平均値としたが、これを睡眠のウルトラディアンリズム内の平均として例えば1.5時間ごとの平均としてもかまわない。 Event processing section 224 determines whether the moving average (mv) of the beat interval data is equal to or less than the average value (An) at time tk when the periodic heart rate variability flag is detected (ST807). When the moving average (mv) is equal to or less than the average value (An) (ST807: YES), event processing section 224 determines whether the autonomic nerve index at time tk is equal to or greater than a predetermined autonomic nerve index threshold Th (ST808). . When the moving average (mv) exceeds the average value (An) (ST807: NO), the event processing section 224 returns to ST807 and calculates the moving average (mv) and the average value (An) of the periodic heart rate variability flag at the next time. ). Here, it is assumed that the moving average (mv) is equal to or less than the average value (An), but this is not limitative, and the average value (An) may be multiplied by a constant (for example, 1.1). In addition, although An is the average value in one sleep period, it may be the average value within the ultradian rhythm of sleep, for example, every 1.5 hours.

時刻tkにおける自律神経指標が所定の自律神経指標閾値Th以上のとき(ST808:YES)は、イベント処理部224は、時刻tkの周期的心拍変動フラグc(k、tk)を周期的心拍変動フラグとして累積する(ST809)。時刻tkにおける自律神経指標が所定の自律神経指標閾値Th未満のとき(ST808:NO)は、イベント処理部224は、ST807に戻り次の時刻の周期的心拍変動データの移動平均(mv)と平均値(An)を比較する。 When the autonomic nerve index at time tk is equal to or greater than the predetermined autonomic nerve index threshold Th (ST808: YES), event processing section 224 changes the periodic heart rate variability flag c(k, tk) at time tk to the periodic heart rate variability flag. (ST809). When the autonomic nerve index at time tk is less than the predetermined autonomic nerve index threshold value Th (ST808: NO), event processing section 224 returns to ST807, and the moving average (mv) of the periodic heart rate variability data at the next time and the average Compare the values (An).

イベント処理部224は、時刻tkが睡眠時間を超えたかを判定する(ST810)。時刻tkが睡眠時間を超えていないとき(ST810:NO)は、ST807に戻る。時刻tkが睡眠時間を超えたとき(ST810;YES)は、出力部225は、累積された周期的心拍変動フラグに基づき無呼吸指標を出力する(ST811)。処理フローは終了する。 Event processing section 224 determines whether time tk has exceeded the sleep time (ST810). When the time tk has not exceeded the sleep time (ST810: NO), the process returns to ST807. When time tk exceeds the sleep time (ST810; YES), output section 225 outputs an apnea index based on the accumulated periodic heart rate variability flag (ST811). The process flow ends.

[睡眠状態推定装置の第2実施形態の処理概要]
第1実施形態では、睡眠中の被験者の拍動間隔データ及び自律神経指標データに基づいて被験者の睡眠状態を推定した。第2実施形態では、更に体動データに基づいて被験者の睡眠状態を推定する。
[Outline of processing of the second embodiment of the sleep state estimation device]
In the first embodiment, the sleeping state of the subject is estimated based on the beat interval data and the autonomic nerve index data of the sleeping subject. In the second embodiment, the sleeping state of the subject is further estimated based on the body motion data.

図9は、本発明に係る睡眠状態推定装置の第2実施形態の処理概要の一例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing an example of a processing outline of the second embodiment of the sleep state estimation device according to the present invention.

被験者の手首には、被験者の心臓の拍動状態、例えば脈拍を検出する光学式脈波センサ61と体動センサ62を有するリストバンド6が取り付けられている。光学式脈波センサ61は、例えばLEDドライバと緑色検出用フォトダイオードを搭載した光学式脈波センサICを有する。LEDを生体内に向けて照射した時の反射光の強度をフォトダイオードで測定して、脈波信号を得ることができる。脈波センサは光学式だけでなく、例えば脈圧検出式脈波センサでもよい。 A wrist band 6 having an optical pulse wave sensor 61 and a body motion sensor 62 for detecting the beating state of the subject's heart, for example, the pulse, is attached to the subject's wrist. The optical pulse wave sensor 61 has, for example, an optical pulse wave sensor IC equipped with an LED driver and a green detection photodiode. A pulse wave signal can be obtained by measuring, with a photodiode, the intensity of the reflected light when the LED is directed toward the living body. The pulse wave sensor may be, for example, a pulse pressure detection type pulse wave sensor as well as an optical type.

体動センサ62は、例えば加速度センサを有するモーションセンサである。体動センサはジャイロを有するものでもよい。複数の加速度センサにより、3次元の動きベクトル量を検出することができ、更には被験者の手首の移動量を算出することができる。 The body motion sensor 62 is, for example, a motion sensor having an acceleration sensor. The motion sensor may have a gyro. A plurality of acceleration sensors can detect a three-dimensional motion vector amount, and furthermore, can calculate the amount of movement of the subject's wrist.

本実施例では、リストバンド6は被験者の手首に取り付けた状態を示しているが、被験者の他の部位に取り付けてもよい。 In this embodiment, the wristband 6 is attached to the subject's wrist, but it may be attached to other parts of the subject.

リストバンド6の光学式脈波センサ61で検出された拍動信号と体動センサ62で検出された体動信号は、無線通信、例えばWiFi、ブルートゥース(登録商標)により睡眠状態推定装置7に送信される。拍動信号と体動信号の送信はリアルタイムでなくともよく、例えば、被験者が睡眠から覚醒した後、まとめて睡眠状態推定装置7に送信してもよい。又、リストバンド6から睡眠状態推定装置7に拍動信号と体動信号を直接無線送信する必要はなく、例えばスマートホン、アクセスポイント経由で睡眠状態推定装置7に送信してもよい。 The pulse signal detected by the optical pulse wave sensor 61 of the wristband 6 and the body motion signal detected by the body motion sensor 62 are transmitted to the sleep state estimation device 7 by wireless communication, for example, WiFi, Bluetooth (registered trademark). be done. The pulse signal and the body motion signal may not be transmitted in real time. For example, after the subject wakes up from sleep, they may be transmitted to the sleep state estimation device 7 all at once. Moreover, it is not necessary to directly wirelessly transmit the pulse signal and the body motion signal from the wristband 6 to the sleep state estimation device 7, and they may be transmitted to the sleep state estimation device 7 via, for example, a smartphone or an access point.

リストバンド6から送信された拍動信号と体動信号は、睡眠状態推定装置7のアンテナ71を介して通信インターフェース72が受信する。 The communication interface 72 receives the pulse signal and body motion signal transmitted from the wristband 6 via the antenna 71 of the sleep state estimation device 7 .

取得部721は、被験者の心臓の拍動状態を示す拍動信号から拍動の間隔、例えば脈波の隣接するピーク値の時間間隔を示す拍動間隔データを取得する。拍動間隔データは呼吸推定部722に入力される。又、拍動間隔データは自律神経指標出力部726に入力される。 The acquiring unit 721 acquires beat interval data indicating intervals between beats, for example, time intervals between adjacent peak values of pulse waves, from the beat signal indicating the beating state of the subject's heart. The beat-to-beat data is input to respiration estimator 722 . Also, the beat interval data is input to the autonomic nerve index output unit 726 .

自律神経指標出力部726は、拍動間隔データに基づき自律神経指標(LF/HF)データを算出する。自律神経指標出力部726から出力される自律神経指標データは、呼吸推定部722に入力される。 The autonomic nerve index output unit 726 calculates autonomic nerve index (LF/HF) data based on the beat interval data. The autonomic nerve index data output from the autonomic nerve index output unit 726 is input to the respiration estimation unit 722 .

体動データ出力部727は、被験者の体動信号を取得して被験者の手首の移動量を示す体動データを出力する。睡眠中に被験者が呼吸停止、低呼吸状態に陥った場合、限界を超えて呼吸を再開する際に体動を伴い瞬間的に覚醒反応を起こし呼吸を再開することが知られている。睡眠中に体動を計測することで無呼吸や低呼吸の発生可能性を判断することができる。 The body motion data output unit 727 acquires the body motion signal of the subject and outputs body motion data indicating the movement amount of the wrist of the subject. It is known that when a subject stops breathing or falls into a state of hypopnea during sleep, when respiration is resumed beyond the limit, an arousal reaction occurs instantaneously with body movement and breathing is resumed. By measuring body movements during sleep, the possibility of occurrence of apnea or hypopnea can be determined.

呼吸推定部722は、拍動間隔データ、自律神経指標データ、及び体動データを使用して被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態を推定する。 The respiration estimator 722 estimates the apnea or hypopnea sleep state of the subject using the beat-to-beat data, the autonomic nerve index data, and the body motion data.

呼吸推定部722のイベント検出部723は、拍動間隔データを平滑化する。更にイベント検出部723は、図3に示した従来の脈波間隔から周期的心拍変動フラグを推定するアルゴリズムを使用して周期的心拍変動イベントを検出する。検出された周期的心拍変動イベントデータはイベント処理部724に入力される。 Event detector 723 of respiration estimator 722 smoothes the beat-to-beat data. In addition, the event detector 723 detects cyclic heart rate variability events using the algorithm of estimating the cyclic heart rate variability flag from the conventional pulse interval shown in FIG. The detected periodic heart rate variability event data is input to the event processing section 724 .

自律神経指標出力部726は、拍動間隔データに基づき自律神経指標(LF/HF)データを出力する。自律神経指標出力部726から出力される自律神経指標データは、イベント処理部724に入力される。 The autonomic nerve index output unit 726 outputs autonomic nerve index (LF/HF) data based on the beat interval data. The autonomic nerve index data output from the autonomic nerve index output unit 726 is input to the event processing unit 724 .

イベント処理部724は、検出された周期的心拍変動イベントデータから、拍動間隔が所定範囲内となる期間に対応する周期的心拍変動イベントデータを除外する。無呼吸に伴う周期的心拍変動では、交感神経が優位となっており、平均的な拍動間隔は短くなる傾向があるが、例えばレム睡眠の場合は周期的心拍変動に類似な心拍変動となるがその平均的な拍動間隔は無呼吸の場合に比べて長い傾向があるため、所定範囲をレム睡眠時の平均的な拍動間隔付近とし、この範囲を除外することで無呼吸であることを示す周期的心拍変動イベントデータのみを選択する。 The event processing unit 724 excludes periodic heart rate variability event data corresponding to a period in which the beat interval is within a predetermined range from the detected periodic heart rate variability event data. In periodic heart rate variability associated with apnea, the sympathetic nervous system is dominant, and the average beat interval tends to be short. However, the average beating interval tends to be longer than in the case of apnea, so the predetermined range is set around the average beating interval during REM sleep, and this range is excluded. Select only cyclic heart rate variability event data that show .

イベント処理部724は、除外処理された無呼吸であることを示す周期的心拍変動イベントデータを、更に、自律神経指標データに基づいてフィルタリングする。フィルタリングは、例えば、自律神経指標が所定の自律神経指標閾値以上であるときの周期的心拍変動イベントデータを無呼吸であることを示す周期的心拍変動イベントデータをとして判定する。自律神経指標(LF/HF)が高いとき、すなわち交感神経活性化状態のときは、被験者が無呼吸又は低呼吸睡眠状態にある可能性が高いと推定される。 The event processor 724 further filters the excluded periodic heart rate variability event data indicating apnea based on the autonomic nerve index data. The filtering determines, for example, the periodic heart rate variability event data when the autonomic nerve index is greater than or equal to a predetermined autonomic nerve index threshold as the periodic heart rate variability event data indicating apnea. When the autonomic nerve index (LF/HF) is high, ie, when the sympathetic nervous system is activated, it is estimated that the subject is likely to be in an apnea or hypopnea sleep state.

イベント処理部724は、自律神経指標データに基づいてフィルタリングされた周期的心拍変動イベントデータを、更に、体動データに基づいてフィルタリングする。フィルタリングは、例えば、体動量が所定の体動指標閾値以上であるときの周期的心拍変動イベントデータを無呼吸であることを示す周期的心拍変動イベントデータをとして判定する。体動量が大きいとき、被験者は無呼吸反応による瞬間的な覚醒反応を起こしたと推定され、被験者が無呼吸又は低呼吸睡眠状態にある可能性が高いと推定される。 The event processing unit 724 further filters the periodic heart rate variability event data filtered based on the autonomic nerve index data based on the body movement data. In filtering, for example, periodic heart rate variability event data when the amount of body movement is greater than or equal to a predetermined body movement index threshold is determined as periodic heart rate variability event data indicating apnea. When the amount of body movement is large, it is presumed that the subject has caused a momentary arousal response due to an apnea response, and it is highly likely that the subject is in an apnea or hypopnea sleep state.

イベント処理部724による検出結果に基づき、出力部725は、無呼吸指標として周期的心拍変動イベントデータを出力する。周期的心拍変動イベントデータに代えて、又は周期的心拍変動イベントデータと共に検出単位時間あたりの呼吸指標、例えば1時間あたりの無呼吸と低呼吸を合わせた回数である無呼吸低呼吸指数(AHI:Apnea Hypopnea Index)に相当する値を出力してもよい。 Based on the detection result by the event processing unit 724, the output unit 725 outputs periodic heart rate variability event data as an apnea index. Instead of, or in conjunction with, the cyclic heart rate variability event data, an index of respiration per detected unit time, e.g. Apnea Hypopnea Index) may be output.

無呼吸指標は、睡眠状態推定装置2に内蔵される不図示の表示部に入力され、表示画面上に、例えば、無呼吸低呼吸指数に相当する値が表示される。又、無呼吸指標は、睡眠状態推定装置2に内蔵される不図示のハードディスク、着脱メモリカードに書き込まれてもよい。更に、無呼吸低呼吸指数に相当する値は、睡眠状態推定装置2に接続される、プリンタ、情報端末装置、サーバ装置に出力されてもよい。又、ネットワークを介して、例えば、被験者データベースを有するサーバ装置に送信されてもよい。 The apnea index is input to a display unit (not shown) built into the sleep state estimation device 2, and a value corresponding to the apnea hypopnea index is displayed on the display screen, for example. The apnea index may also be written to a hard disk (not shown) or a removable memory card built into the sleep state estimation device 2 . Furthermore, the value corresponding to the apnea-hypopnea index may be output to a printer, information terminal device, or server device connected to the sleep state estimation device 2 . It may also be transmitted over a network, for example to a server device having a subject database.

無呼吸指標は、睡眠状態推定装置7に内蔵される不図示の表示部に入力され、表示画面上に、例えば、無呼吸低呼吸指数の値が表示される。又、無呼吸指標は、睡眠状態推定装置2に内蔵される不図示のハードディスク、着脱メモリカードに書き込まれてもよい。更に、無呼吸指標は、睡眠状態推定装置7に接続される、プリンタ、情報端末装置、サーバ装置に出力されてもよい。又、ネットワークを介して、例えば、被験者データベースを有するサーバ装置に送信されてもよい。 The apnea index is input to a display unit (not shown) built into the sleep state estimation device 7, and the value of the apnea hypopnea index, for example, is displayed on the display screen. The apnea index may also be written to a hard disk (not shown) or a removable memory card built into the sleep state estimation device 2 . Furthermore, the apnea index may be output to a printer, information terminal device, or server device connected to the sleep state estimation device 7 . It may also be transmitted over a network, for example to a server device having a subject database.

本実施形態の睡眠状態推定装置7によれば、簡便に睡眠時の呼吸停止又は低呼吸状態の検出精度をより向上することができる。 According to the sleep state estimation device 7 of the present embodiment, it is possible to easily improve the detection accuracy of respiratory arrest or hypopnea during sleep.

[第2実施形態の睡眠状態推定装置の構成例]
図10は、第2実施形態の睡眠状態推定装置の構成の一例を示す図である。
[Configuration example of sleep state estimation device of second embodiment]
FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of the sleep state estimation device of the second embodiment.

睡眠状態推定装置7は、アンテナ71を介して外部と通信する通信インターフェース72と、通信インターフェース72と接続する制御部74を有する。更に、外部記憶媒体と接続する記憶媒体インターフェース73を有してもよい。例えば、記憶媒体インターフェース73により睡眠状態推定装置2はリストバンド6の記憶媒体に記憶された検出データを読み込むことができる。 The sleep state estimation device 7 has a communication interface 72 that communicates with the outside via an antenna 71 and a control unit 74 that connects to the communication interface 72 . Furthermore, it may have a storage medium interface 73 for connecting with an external storage medium. For example, the storage medium interface 73 allows the sleep state estimation device 2 to read detection data stored in the storage medium of the wristband 6 .

制御部74は、制御記憶部710と制御処理部720を有する。制御記憶部710は、1又は複数の半導体メモリにより構成される。例えば、RAMや、フラッシュメモリ、EPROM、EEPROM等の不揮発性メモリの少なくとも一つを有する。制御記憶部710は、制御処理部720による処理に用いられるドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。 The control unit 74 has a control storage unit 710 and a control processing unit 720 . The control memory unit 710 is composed of one or more semiconductor memories. For example, it has at least one of RAM and non-volatile memory such as flash memory, EPROM, and EEPROM. The control storage unit 710 stores driver programs, operating system programs, application programs, data, etc. used for processing by the control processing unit 720 .

例えば、制御記憶部710は、ドライバプログラムとして、通信インターフェース22を制御するデバイスドライバプログラムを記憶する。コンピュータプログラムは、例えば、CD-ROM、DVD-ROM等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて制御記憶部710にインストールされてもよい。また、プログラムサーバ等からダウンロードしてインストールしてもよい。 For example, the control storage unit 710 stores a device driver program that controls the communication interface 22 as a driver program. The computer program may be installed in the control storage unit 710 from a computer-readable portable recording medium such as a CD-ROM, DVD-ROM, etc. using a known setup program or the like. Alternatively, it may be downloaded from a program server or the like and installed.

更に、制御記憶部710は、所定の処理に係る一時的なデータを一時的に記憶してもよい。制御記憶部710は、拍動閾値、自律神経指標閾値、拍動間隔平均範囲、体動閾値等の閾値テーブル711、推定単位時間、自律神経指標出力単位時間等の時間テーブル712、統計処理のための統計マスタ713等を記憶する。 Furthermore, the control storage unit 710 may temporarily store temporary data related to predetermined processing. The control storage unit 710 includes a threshold table 711 such as a pulse threshold, an autonomic nerve index threshold, an average range of beat intervals, and a body motion threshold, a time table 712 such as an estimated unit time and an autonomic nerve index output unit time, and a table 712 for statistical processing. statistic master 713 and the like.

制御記憶部710に記憶される、拍動閾値、自律神経指標閾値、拍動間隔平均範囲、体動閾値等の閾値テーブル711、推定時間、判定時間、自律神経指標算出時間等の時間テーブル712は固有の設定値としてもよい。又、閾値テーブル711、及び時間テーブル712は、複数被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態の統計を取り、統計値の平均、分散等に基づいて統計的に設定されてもよい。更に、被験者の、生体情報、例えば年齢、性別、体重に応じた設定値を統計マスタ713に記憶して、被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態の推定に利用してもよい。 A threshold table 711 such as a beat threshold value, an autonomic nerve index threshold value, an average range of beat intervals, and a body motion threshold value, and a time table 712 such as an estimated time, a judgment time, an autonomic nerve index calculation time, etc., stored in the control storage unit 710 are: A unique set value may be used. Also, the threshold table 711 and the time table 712 may be statistically set based on the average, variance, etc. of statistical values obtained by taking statistics of apnea or hypopnea sleep states of multiple subjects. Furthermore, biometric information of the subject, such as age, sex, and set values according to weight, may be stored in the statistics master 713 and used to estimate the apnea or hypopnea sleep state of the subject.

制御処理部720は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。制御処理部720は、睡眠状態推定装置2の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、MCUである。 The control processing unit 720 has one or more processors and their peripheral circuits. The control processing unit 720 comprehensively controls the overall operation of the sleep state estimation device 2, and is, for example, an MCU.

制御処理部720は、制御記憶部710に記憶されているプログラム(オペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム等)に基づいて処理を実行する。また、制御処理部720は、複数のプログラム(アプリケーションプログラム等)を並列に実行してもよい。制御処理部720は、取得部721、呼吸推定部722、イベント検出部723、イベント処理部724、出力部725、自律神経指標出力部726、体動データ出力部727等を有する。 The control processing unit 720 executes processing based on programs (operating system program, driver program, application program, etc.) stored in the control storage unit 710 . Also, the control processing unit 720 may execute a plurality of programs (application programs, etc.) in parallel. The control processing unit 720 includes an acquisition unit 721, a respiration estimation unit 722, an event detection unit 723, an event processing unit 724, an output unit 725, an autonomic nerve index output unit 726, a body motion data output unit 727, and the like.

制御処理部720が有するこれらの各部は、独立した集積回路、回路モジュール、マイクロプロセッサ、又はファームウェアとして制御部74に実装されてもよい。 Each of these parts of control processing unit 720 may be implemented in control unit 74 as an independent integrated circuit, circuit module, microprocessor, or firmware.

[第2実施形態の睡眠状態推定処理フロー]
図11は、睡眠状態推定装置7で行われる睡眠計測処理のフローチャートの一例を示す図である。
[Sleep state estimation processing flow of the second embodiment]
FIG. 11 is a diagram showing an example of a flowchart of sleep measurement processing performed by the sleep state estimation device 7. As shown in FIG.

本例の睡眠状態推定処理フローは、被験者のリストバンド6から被験者の1回の睡眠時間分、例えば7時間分の拍動信号及び体動信号がすでに睡眠状態推定装置7に送信されて、制御記憶部710に記憶されているときの処理であり睡眠推定処理は一括して行うことができる。又、例えば1時間単位で拍動信号を取得して、1時間毎に推定処理を行ってもよい。 In the sleep state estimation processing flow of this example, the pulse signal and body motion signal for one sleep time of the subject, for example, seven hours have already been transmitted from the subject's wristband 6 to the sleep state estimation device 7, and control The sleep estimation process, which is the process when stored in the storage unit 710, can be performed collectively. Alternatively, for example, a pulse signal may be obtained in units of one hour, and estimation processing may be performed every hour.

取得部721は、制御記憶部710に記憶されている拍動信号を用いて拍動間隔を示す拍動間隔データを取得する(ST901)。 Obtaining section 721 obtains beat interval data indicating the beat interval using the beat signal stored in control storage section 710 (ST901).

自律神経指標出力部726は、拍動間隔データに基づき自律神経指標データを出力するする(ST902)。 Autonomic nerve index output section 726 outputs autonomic nerve index data based on the beat interval data (ST902).

体動データ出力部727は、制御記憶部710に記憶されている体動信号に基づきデータを出力するする(ST903)。 Body motion data output section 727 outputs data based on the body motion signal stored in control storage section 710 (ST903).

イベント検出部723は、拍動間隔データを平滑化する(ST904)。更にイベント検出部723は、図3に示した従来の脈波間隔から周期的心拍変動フラグを推定するアルゴリズムを使用して周期的心拍変動イベントを検出する(ST905)。イベント処理部724は、拍動間隔データの移動平均(mv)を算出する(ST906)。イベント処理部724は、所定期間、例えば、1時間ごとの、又は1睡眠期間における平均値(An)を算出する(ST907)。 Event detection section 723 smoothes the beat interval data (ST904). Furthermore, event detection section 723 detects a periodic heart rate variability event using an algorithm for estimating a cyclic heart rate variability flag from the conventional pulse wave interval shown in FIG. 3 (ST905). Event processing section 724 calculates the moving average (mv) of the beat interval data (ST906). The event processing section 724 calculates an average value (An) for a predetermined period, for example, every hour or for one sleep period (ST907).

イベント処理部724は、周期的心拍変動フラグが検出された時刻tkにおいて移動平均(mv)が平均値(An)以下であるかを判定する(ST908)。移動平均(mv)が平均値(An)を超えるとき(ST908:NO)は、イベント処理部724は、ST908に戻り次の時刻の周期的心拍変動フラグの移動平均(mv)と平均値(An)を比較する。移動平均(mv)が平均値(An)以下であるとき(ST908:YES)は、イベント処理部224は、時刻tkにおける自律神経指標が所定の自律神経指標閾値Th以上かを判定する(ST909)。 Event processing section 724 determines whether moving average (mv) is equal to or less than average value (An) at time tk when the periodic heart rate variability flag is detected (ST908). When the moving average (mv) exceeds the average value (An) (ST908: NO), the event processing section 724 returns to ST908 and calculates the moving average (mv) and the average value (An) of the periodic heart rate variability flag at the next time. ). When the moving average (mv) is equal to or less than the average value (An) (ST908: YES), event processing section 224 determines whether the autonomic nerve index at time tk is equal to or greater than a predetermined autonomic nerve index threshold Th (ST909). .

自律神経指標が所定の自律神経指標閾値Thを下回るとき(ST909:NO)は、イベント処理部724は、ST908に戻る。時刻tkにおける自律神経指標が所定の自律神経指標閾値Th以上のとき(ST909:YES)は、イベント処理部224は、時刻tkにおける体動量が体動閾値Tb以上であるかを判定する(ST910)。体動量が体動閾値Tb未満であるとき(ST910:NO)は、イベント処理部724は、ST908に戻る。体動量が体動閾値Tb以上であるとき(ST910:YES)は、イベント処理部724は、時刻tkの周期的心拍変動フラグc(k、tk)を周期的心拍変動フラグとして累積する(ST911)。 When the autonomic nerve index falls below the predetermined autonomic nerve index threshold Th (ST909: NO), event processing section 724 returns to ST908. When the autonomic nerve index at time tk is equal to or greater than the predetermined autonomic nerve index threshold Th (ST909: YES), event processing section 224 determines whether the amount of body movement at time tk is equal to or greater than body movement threshold Tb (ST910). . When the amount of body movement is less than body movement threshold Tb (ST910: NO), event processing section 724 returns to ST908. When the amount of body movement is equal to or greater than body movement threshold Tb (ST910: YES), event processing section 724 accumulates periodic heart rate variability flag c(k, tk) at time tk as a periodic heart rate variability flag (ST911). .

イベント処理部724は、時刻tkが睡眠時間を超えたかを判定する(ST912)。時刻tkが睡眠時間を超えていないとき(ST810:NO)は、ST908に戻る。時刻tkが睡眠時間を超えたとき(ST912;YES)は、出力部725は、累積された周期的心拍変動フラグに基づき無呼吸指標を出力する(ST913)。処理フローは終了する。 Event processing section 724 determines whether time tk has exceeded the sleep time (ST912). When the time tk has not exceeded the sleep time (ST810: NO), the process returns to ST908. When time tk exceeds the sleep time (ST912; YES), output section 725 outputs an apnea index based on the accumulated periodic heart rate variability flag (ST913). The process flow ends.

[睡眠状態推定装置の第3実施形態の概要]
第1、2実施形態では、被験者の手首につけられたリストバンドからのセンサ信号を受信して被験者の睡眠状態を推定する睡眠状態推定装置であった。第3実施形態では、リストバント内に睡眠状態推定装置が組み込まれた、例えばスマートウォッチ型の睡眠状態推定装置を説明する。
[Overview of third embodiment of sleep state estimation device]
In the first and second embodiments, the sleep state estimating device receives a sensor signal from a wristband attached to the subject's wrist and estimates the subject's sleep state. In the third embodiment, for example, a smartwatch-type sleep state estimation device in which the sleep state estimation device is incorporated in a wristband will be described.

図12は、第3実施形態の睡眠状態推定装置の一例を示す外形斜視図である。(a)は表側からの外形斜視図であり、(b)は裏側からの外形斜視図である。 FIG. 12 is an external perspective view showing an example of the sleep state estimation device of the third embodiment. (a) is an external perspective view from the front side, and (b) is an external perspective view from the back side.

睡眠状態推定装置9は、本体部91とリストバンド部92を有する。本体部91の表側には表示部93を有し、側面には操作ボタン94を有する。本体部91の裏側には光学式脈波センサ95を有する。不図示の加速度センサ96は、本体部91に内蔵されている。 The sleep state estimation device 9 has a body portion 91 and a wristband portion 92 . The body portion 91 has a display portion 93 on its front side and an operation button 94 on its side surface. An optical pulse wave sensor 95 is provided on the back side of the body portion 91 . An acceleration sensor 96 (not shown) is built in the body portion 91 .

[第3実施形態の睡眠状態推定装置の構成例]
図13は、第3実施形態の睡眠状態推定装置9の本体部の構成の一例を示す図である。
[Configuration example of the sleep state estimation device of the third embodiment]
FIG. 13 is a diagram showing an example of the configuration of the main body of the sleep state estimation device 9 of the third embodiment.

本体部91は、表示部93、操作ボタン94、光学式脈波センサ95、加速度センサ96、制御部97、入出力インターフェース98、及びセンサインターフェース99を有する。表示部93及び操作ボタン94は入出力インターフェース98を介して制御部97に接続され、光学式脈波センサ95及び加速度センサ96はセンサインターフェース99を介して、制御部97に接続される。 The body portion 91 has a display portion 93 , an operation button 94 , an optical pulse wave sensor 95 , an acceleration sensor 96 , a control portion 97 , an input/output interface 98 and a sensor interface 99 . The display unit 93 and the operation buttons 94 are connected to the control unit 97 via the input/output interface 98 , and the optical pulse wave sensor 95 and the acceleration sensor 96 are connected to the control unit 97 via the sensor interface 99 .

光学式脈波センサ95からの拍動信号及び加速度センサ96からの体動信号はセンサインターフェース99を介して、制御部97に入力され、制御部97は、拍動信号及び体動信号を用いて、睡眠状態推定装置9の装着者である被験者の睡眠状態を推定する。制御部97から出力される無呼吸指標は入出力インターフェース98を介して送られ、表示部93に呼吸指標値を表示する。又、操作ボタン94は、入出力インターフェース98を介して制御部97の動作を操作する。 The pulsation signal from the optical pulse wave sensor 95 and the body motion signal from the acceleration sensor 96 are input to the control unit 97 via the sensor interface 99, and the control unit 97 uses the pulsation signal and the body motion signal , the sleep state of the subject who wears the sleep state estimation device 9 is estimated. The apnea index output from the control unit 97 is sent via the input/output interface 98 and the respiratory index value is displayed on the display unit 93 . Further, the operation button 94 operates the operation of the control section 97 via the input/output interface 98 .

[本発明による周期的心拍変動推定の効果]
図14は、本発明による周期的心拍変動推定の効果を示す図である。
[Effect of periodic heart rate variability estimation according to the present invention]
FIG. 14 is a diagram showing the effect of periodic heart rate variability estimation according to the present invention.

図14の上部には、被験者の1睡眠期間、例えば、睡眠時間が7時間のときの脈波間隔(PPI)が示されている。最下段の(i)AHIは、睡眠ポリグラフ装置により計測された、実際の無呼吸又は低呼吸の状態を帯状に示したものである。下から2段目の(ii)CVHR(original)は、従来アルゴリズムを使用して周期的心拍変動イベントが発生したと推定したときの状態を帯状に示している。脈波間隔(PPI)が所定の脈波間隔閾値より大きいとき、周期的心拍変動が発生したと推定したときの状態を帯状に示している。(i)と(ii)を比較すると、(ii)には、実際には無呼吸又は低呼吸の状態でない状態が多く含まれていることがわかる。 The upper portion of FIG. 14 shows the pulse interval (PPI) during one sleep period of the subject, for example, 7 hours of sleep. (i) AHI at the bottom shows the actual state of apnea or hypopnea measured by a polysomnograph in a strip shape. (ii) CVHR (original) on the second row from the bottom shows a belt-like state when it is estimated that a periodic heart rate variability event has occurred using the conventional algorithm. When the pulse interval (PPI) is greater than a predetermined pulse interval threshold, the states when it is estimated that periodic heart rate fluctuations have occurred are shown in strips. Comparing (i) and (ii), it can be seen that (ii) includes many states that are not actually apnea or hypopnea.

下から3段目の(iii)CVHR(modified)は、脈波間隔(PPI)の脈波間隔平均値であるDC成分が拍動間隔平均閾値より長い場合を(ii)から除外したときの周期的心拍変動を帯状に示したものである。脈波間隔平均値が長い期間の部分が除外されたことにより、推定が改善されたことがわかる。 (iii) CVHR (modified) in the third row from the bottom is the period when excluding the case where the DC component, which is the pulse wave interval average value of the pulse interval (PPI), is longer than the beat interval average threshold from (ii) heart rate variability is shown in strips. It can be seen that the estimation has been improved by excluding the portion of the period where the pulse wave interval average value is long.

下から4段目の(iv)LF/HF filter は、水平な太線のうち空隙となっている部分は、体動データが所定の体動閾値以上且つ自律神経指標データが所定の自律神経指標閾値以上となった部分の自律神経指標に対応する部分である。 In the (iv) LF/HF filter on the fourth row from the bottom, the gaps in the horizontal thick lines indicate that the body motion data is equal to or greater than the predetermined body motion threshold and the autonomic nerve index data is equal to or higher than the predetermined autonomic nerve index threshold. It is a part corresponding to the autonomic nerve index of the above part.

下から5段目の(v)CVHR(modified)+LF/HF filter は被験者の睡眠状態を本願の第1実施形態により推定した効果を示すものである。(iii)に(iv)を考慮した周期的心拍変動を帯状に示したものである。(v)は(i)の実際の無呼吸又は低呼吸の状態により近くなったことがわかる。 (v) CVHR (modified) + LF/HF filter on the fifth row from the bottom shows the effect of estimating the sleeping state of the subject according to the first embodiment of the present application. (iii) shows the periodic heart rate variability in consideration of (iv) in a belt shape. It can be seen that (v) is closer to the actual apnea or hypopnea condition of (i).

上述の説明では、被験者の心臓の拍動状態として脈拍を例にとり説明したが、被験者の心臓の拍動状態として心拍を使用してもよい。 In the above description, the pulse is used as an example of the beating state of the subject's heart, but the heartbeat may be used as the beating state of the subject's heart.

本発明に係る睡眠状態推定装置は、サーバ装置‐クライアント装置間の連携による実施形態としてもよい。 The sleep state estimation device according to the present invention may be embodied by cooperation between a server device and a client device.

当業者は、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換、及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。 It should be understood by those skilled in the art that various changes, substitutions and modifications can be made thereto without departing from the spirit and scope of the present invention.

1、6 リストバンド
2、7、9 睡眠状態推定装置
21、71 アンテナ
22、72 通信インターフェース
23、73 記憶媒体インターフェース
24、74 制御部
210、710 制御記憶部
220、720 制御処理部
221、721 取得部
222、722 呼吸推定部
223、723 イベント検出部
224、724 イベント処理部
225、725 出力部
226、726 自律神経指標出力部
727 体動データ出力部
1, 6 Wristband 2, 7, 9 Sleep state estimation device 21, 71 Antenna 22, 72 Communication interface 23, 73 Storage medium interface 24, 74 Control unit 210, 710 Control storage unit 220, 720 Control processing unit 221, 721 Acquisition Units 222, 722 Respiration estimation units 223, 723 Event detection units 224, 724 Event processing units 225, 725 Output units 226, 726 Autonomic nerve index output units 727 Body motion data output units

Claims (6)

睡眠期間を含む所定期間における被験者の拍動間隔データを取得する取得部と、
前記拍動間隔データから交感神経の活動度を示す自律神経指標データを出力する自律神経指標出力部と、
前記拍動間隔データ及び前記自律神経指標データに基づいて、前記被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態を推定する呼吸推定部であって、
前記呼吸推定部は、
前記拍動間隔データから、周期的心拍変動イベントデータを検出するイベント検出部と、
前記周期的心拍変動イベントデータから、拍動間隔が、前記被験者のレム睡眠の場合の拍動間隔に対応する、平均的な拍動間隔よりも長い所定範囲内となる期間に対応する周期的心拍変動イベントデータを除外し、且つ、前記周期的心拍変動イベントデータから、交感神経の活動度を示す前記自律神経指標データが所定の自律神経指標閾値未満となる期間の周期的心拍変動イベントデータを除外するイベント処理部と、
を有し、
前記イベント処理部によって得られた、前記被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態が発生していることを示す周期的心拍変動イベントデータに基づいて、前記被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態を推定する、前記呼吸推定部と、
前記呼吸推定部における推定結果を示す無呼吸指標信号を出力する出力部と、
を有する睡眠状態推定装置。
an acquisition unit that acquires beat-to-beat data of a subject in a predetermined period including a sleep period;
an autonomic nerve index output unit that outputs autonomic nerve index data indicating the activity level of the sympathetic nerve from the beat interval data;
A respiration estimator for estimating an apnea or hypopnea sleep state of the subject based on the beat interval data and the autonomic nerve index data ,
The respiration estimation unit
an event detector that detects periodic heart rate variability event data from the beat interval data;
From the periodic heart rate variability event data, a periodic heart rate corresponding to a period within a predetermined range longer than an average beat interval corresponding to the beat interval in REM sleep of the subject. Excluding fluctuation event data, and excluding periodic heart rate variability event data during a period in which the autonomic nerve index data indicating the degree of sympathetic nerve activity is less than a predetermined autonomic nerve index threshold, from the periodic heart rate variability event data. an event processing unit that
has
estimating the apnea or hypopnea sleep state of the subject based on the periodic heart rate variability event data indicating the occurrence of the apnea or hypopnea sleep state of the subject obtained by the event processing unit; , the respiration estimator;
an output unit for outputting an apnea index signal indicating an estimation result of the respiration estimation unit ;
A sleep state estimation device having
前記被験者の体動信号を取得して、体動データを出力する体動データ出力部を更に有し、
前記呼吸推定部は、前記拍動間隔データ、前記自律神経指標データ、及び前記体動データに基づいて、前記被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態を推定する請求項1に記載の睡眠状態推定装置。
further comprising a body motion data output unit that acquires the subject's body motion signal and outputs body motion data;
The sleep state estimation device according to claim 1, wherein the respiration estimation unit estimates an apnea or hypopnea sleep state of the subject based on the beat interval data, the autonomic nerve index data, and the body movement data. .
前記呼吸推定部は、
前記拍動間隔データから、周期的心拍変動イベントデータを検出するイベント検出部と、
前記周期的心拍変動イベントデータから拍動間隔が、レム睡眠の場合の拍動間隔に対応する、平均的な拍動間隔よりも長い所定範囲内となる期間の周期的心拍変動イベントデータを除外し、且つ、前記周期的心拍変動イベントデータから前記自律神経指標データが所定の自律神経指標閾値未満となる期間の周期的心拍変動イベントデータを除外し、且つ、前記体動データが所定の体動閾値未満となる期間の周期的心拍変動イベントデータを除外するイベント処理部と、
を更に有する請求項2に記載の睡眠状態推定装置。
The respiration estimation unit
an event detector that detects periodic heart rate variability event data from the beat interval data;
Excluding periodic heart rate variability event data of a period in which the beat interval is within a predetermined range longer than the average beat interval corresponding to the beat interval in REM sleep from the periodic heart rate variability event data. and excluding periodic heart rate variability event data in a period in which the autonomic nerve index data is less than a predetermined autonomic nerve index threshold from the periodic heart rate variability event data, and wherein the body movement data is a predetermined body movement threshold. an event processing unit that excludes periodic heart rate variability event data for a period less than
The sleep state estimation device according to claim 2, further comprising:
前記呼吸推定部は、複数の被験者のデータに基づいて、前記被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態を推定する、請求項1又は2に記載の睡眠状態推定装置。 3. The sleep state estimation device according to claim 1, wherein the respiration estimation unit estimates an apnea or hypopnea sleep state of the subject based on data of a plurality of subjects. コンピュータを有する睡眠状態推定装置の作動方法であって、
前記コンピュータが、睡眠期間を含む所定期間における被験者の拍動間隔データを取得する取得工程と、
前記コンピュータが、前記拍動間隔データから交感神経の活動度を示す自律神経指標データを出力する出力工程と、
前記コンピュータが、前記拍動間隔データ及び前記自律神経指標データに基づいて、前記被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態を推定する推定工程であって、
前記推定工程は、
前記拍動間隔データから、周期的心拍変動イベントデータを検出するイベント検出工程と、
前記周期的心拍変動イベントデータから、拍動間隔が、前記被験者のレム睡眠の場合の拍動間隔に対応する、平均的な拍動間隔よりも長い所定範囲内となる期間に対応する周期的心拍変動イベントデータを除外し、且つ、前記周期的心拍変動イベントデータから、交感神経の活動度を示す前記自律神経指標データが所定の自律神経指標閾値未満となる期間の周期的心拍変動イベントデータを除外するイベント処理工程と、
を有し、
前記イベント処理工程によって得られた、前記被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態が発生していることを示す周期的心拍変動イベントデータに基づいて、前記被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態を推定する、
前記推定工程と、
前記コンピュータが、前記推定工程における推定結果を示す無呼吸指標信号を出力する出力工程と、
を含む睡眠状態推定方法。
A method of operating a sleep state estimation device having a computer, comprising:
an acquisition step in which the computer acquires beat-to-beat data of the subject for a predetermined period including sleep periods;
an output step in which the computer outputs autonomic nerve index data indicating sympathetic nerve activity from the beat interval data;
an estimation step in which the computer estimates an apnea or hypopnea sleep state of the subject based on the beat interval data and the autonomic nerve index data,
The estimation step includes
an event detection step of detecting periodic heart rate variability event data from the beat interval data;
From the periodic heart rate variability event data, a periodic heart rate corresponding to a period within a predetermined range longer than an average beat interval corresponding to the beat interval in REM sleep of the subject. Excluding fluctuation event data, and excluding periodic heart rate variability event data during a period in which the autonomic nerve index data indicating the degree of sympathetic nerve activity is less than a predetermined autonomic nerve index threshold, from the periodic heart rate variability event data. an event processing step for
has
estimating the apnea or hypopnea sleep state of the subject based on the periodic heart rate variability event data indicating the occurrence of the apnea or hypopnea sleep state of the subject obtained by the event processing step; ,
the estimation step;
an output step in which the computer outputs an apnea index signal indicating an estimation result in the estimation step ;
A sleep state estimation method comprising:
コンピュータを動作させるプログラムであって、
睡眠期間を含む所定期間における被験者の拍動間隔データを取得する取得工程と、
前記拍動間隔データから交感神経の活動度を示す自律神経指標データを出力する出力工程と、
前記拍動間隔データ及び前記自律神経指標データに基づいて、前記被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態を推定する推定工程であって、
前記推定工程は、
前記拍動間隔データから、周期的心拍変動イベントデータを検出するイベント検出工程と、
前記周期的心拍変動イベントデータから、拍動間隔が、前記被験者のレム睡眠の場合の拍動間隔に対応する、平均的な拍動間隔よりも長い所定範囲内となる期間に対応する周期的心拍変動イベントデータを除外し、且つ、前記周期的心拍変動イベントデータから、交感神経の活動度を示す前記自律神経指標データが所定の自律神経指標閾値未満となる期間の周期的心拍変動イベントデータを除外するイベント処理工程と、
を有し、
前記イベント処理工程によって得られた、前記被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態が発生していることを示す周期的心拍変動イベントデータに基づいて、前記被験者の無呼吸又は低呼吸睡眠状態を推定する、
前記推定工程と、
前記推定工程における推定結果を示す無呼吸指標信号を出力する出力工程と、
を含む睡眠状態推定方法、
をコンピュータに実行させる睡眠状態推定プログラム。
A program that operates a computer,
an acquiring step of acquiring beat-to-beat data of the subject for a predetermined period including a sleeping period;
an output step of outputting autonomic nerve index data indicating the degree of sympathetic nerve activity from the beat interval data;
an estimation step of estimating an apnea or hypopnea sleep state of the subject based on the beat interval data and the autonomic nerve index data,
The estimation step includes
an event detection step of detecting periodic heart rate variability event data from the beat interval data;
From the periodic heart rate variability event data, a periodic heart rate corresponding to a period within a predetermined range longer than an average beat interval corresponding to the beat interval in REM sleep of the subject. Excluding fluctuation event data, and excluding periodic heart rate variability event data during a period in which the autonomic nerve index data indicating the degree of sympathetic nerve activity is less than a predetermined autonomic nerve index threshold, from the periodic heart rate variability event data. an event processing step for
has
estimating the apnea or hypopnea sleep state of the subject based on the periodic heart rate variability event data indicating the occurrence of the apnea or hypopnea sleep state of the subject obtained by the event processing step; ,
the estimation step;
an output step of outputting an apnea index signal indicating an estimation result in the estimation step ;
A sleep state estimation method comprising:
A sleep state estimation program that causes a computer to execute
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