[go: up one dir, main page]

JP2008068019A - Method and apparatus for outputting exhalation time - Google Patents

Method and apparatus for outputting exhalation time Download PDF

Info

Publication number
JP2008068019A
JP2008068019A JP2006251503A JP2006251503A JP2008068019A JP 2008068019 A JP2008068019 A JP 2008068019A JP 2006251503 A JP2006251503 A JP 2006251503A JP 2006251503 A JP2006251503 A JP 2006251503A JP 2008068019 A JP2008068019 A JP 2008068019A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
time
statistic
expiration
signal
expiration time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2006251503A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4993980B2 (en
Inventor
Haruichi Yamada
晴一 山田
Shigeo Kubota
茂男 窪田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Aircool Corp
Original Assignee
Denso Aircool Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Aircool Corp filed Critical Denso Aircool Corp
Priority to JP2006251503A priority Critical patent/JP4993980B2/en
Publication of JP2008068019A publication Critical patent/JP2008068019A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4993980B2 publication Critical patent/JP4993980B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus capable of precisely estimating a sleeping stage. <P>SOLUTION: An analyzing unit 28 has an input interface 26 for acquiring an exhalation signal containing a plurality of respiration cycles, a first analyzing function 21 for separating a first times t1 from the maximum to the minimum and second times t2 from the maximum to the minimum contained in a plurality of the respiration cycles and recording the average value of them on a memory 25 in a sampling time unit, a second analyzing function 22 for identifying whether either one of the first and second times t1 and t2 is an exhalation time in the sampling time unit and the function 24 of outputting either one of the average value t1a of the first times t1 and the average value t2a of the second times as the average value tea of the respiration time. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、呼吸信号から呼気時間を出力可能な装置および方法に関するものである。   The present invention relates to an apparatus and a method capable of outputting an expiration time from a respiratory signal.

特許文献1には、被験者の睡眠状態を中途覚醒も含めて正確に判定するためのシステムが記載されている。このシステムは、体動検出手段と、心拍あるいは脈拍検出手段と、それらから得られた出力を処理して中途覚醒および睡眠状態の判定を行う判定部と、判定結果を出力する手段とを備えている。   Patent Document 1 describes a system for accurately determining the sleep state of a subject including mid-wakening. This system includes a body motion detection unit, a heartbeat or pulse detection unit, a determination unit that processes outputs obtained therefrom to determine midway arousal and sleep state, and a unit that outputs a determination result. Yes.

特許文献2には、睡眠中の被介護者に精神的なストレスを感じさせることなく、自然な状態で寝返り動作できるように支援する可動ベッドが記載されている。そのために、被介護者の脳波、心拍数、呼吸数、眼球運動、体動数などの生体情報を検出することが記載されている。また、これらの生体情報を得るために電極などのセンサーを被介護者に装着することは身体的な束縛感があるため、シート状の生体情報検出センサー(シート状センサー)を用いることが記載されている。このシート状センサーは、シート状の絶縁体を対向配置したものであり、被介護者の心拍動や呼吸動に伴って静電容量が変動する。このシート状センサーにより得られる信号(生体情報信号)には、心拍および呼吸の周波数成分が含まれている。さらに、生体情報信号を解析して、心拍数、呼吸数、体動数を求め、これらの生体情報により睡眠深度を推定することが記載されている。   Patent Document 2 describes a movable bed that supports a caregiver who is sleeping without feeling mental stress so that the user can turn over in a natural state. For this purpose, it is described that biological information such as the brain wave, heart rate, respiratory rate, eye movement, body motion number, etc. of the cared person is detected. In addition, it is described that using a sheet-like biological information detection sensor (sheet-like sensor) because wearing a sensor such as an electrode on a cared person to obtain such biological information has a physical sense of restraint. ing. This sheet-like sensor has a sheet-like insulator arranged opposite to each other, and its capacitance fluctuates with the heartbeat or breathing movement of the cared person. The signal (biological information signal) obtained by this sheet-like sensor includes frequency components of heartbeat and respiration. Furthermore, it is described that a biological information signal is analyzed to obtain a heart rate, a respiratory rate, and a body motion number, and a sleep depth is estimated from the biological information.

特許文献3および4には、人体の呼吸運動に基づく電圧変動を一定期間毎に測定し、測定結果から電圧の正のピーク値、隣り合うピーク間の間隔(時間)を算出し、さらに、算出したピーク値およびピーク間隔から、ピーク間隔の平均値、ピーク間隔の分散に基づく値などを求めて、睡眠状態を推定することが記載されている。従来から睡眠の状態変化を検出する方法として、脳波、眼球運動、顎筋電などを検出し、その検出波形から睡眠深度を判断する睡眠ポリグラフ(ポリソノグラフ、PSG)法があるが、このPSG法は、装置が大型化し、日常的に使うには不向きであり、さらに有資格者が必要である。一方、呼吸数、心拍数、体動の情報、特に心拍数の増減変動に重点を置いて睡眠深度を推定する方法は、人体を拘束しないで生体情報を得ることができるが、睡眠ポリグラフに比較して精度がかなり悪いことが記載されている。   In Patent Documents 3 and 4, voltage fluctuations based on the respiratory motion of the human body are measured at regular intervals, and the positive peak value of the voltage and the interval (time) between adjacent peaks are calculated from the measurement results. It is described that a sleep state is estimated by obtaining an average value of peak intervals, a value based on dispersion of peak intervals, and the like from the obtained peak values and peak intervals. Conventionally, there is a sleep polygraph (polysonograph, PSG) method that detects brain waves, eye movements, jaw electromyography, etc., and determines the sleep depth from the detected waveform as a method for detecting a sleep state change. The equipment is large, unsuitable for daily use, and requires qualified personnel. On the other hand, the method of estimating sleep depth with emphasis on respiratory rate, heart rate, body movement information, especially fluctuation in heart rate can obtain biological information without restraining the human body, but compared with polysomnogram It is described that the accuracy is quite bad.

特許文献5には、ヒトの呼吸運動波形のピーク間隔、ピーク値比により覚醒かどうかの判定を行い、またかかる波形のピーク間面積の平均値、分散により深い眠り、浅い眠りのいずれであるかを判定し、判定された睡眠状態に応じて、ヒトの体温調整が効果的に機能するように睡眠環境である寝床内温度を制御することが記載されている。   In Patent Document 5, whether or not arousal is determined based on the peak interval and peak value ratio of the respiratory motion waveform of a human, and whether the waveform is an average value of the peak-to-peak area or whether the sleep is deep or shallow due to dispersion And controlling the temperature in the bed, which is a sleeping environment, so that the human body temperature adjustment functions effectively according to the determined sleep state.

特許文献6には、寝室内の環境状態および就寝者の生理状態を検知するとともに、就寝者の健康状態を検出し、就寝状態を快適にすることが記載されている。生理状態検出手段は、就寝者の就寝中の睡眠状態、脳波、心拍、呼吸、体動、皮膚温度、筋電位、血圧、発汗、皮膚電位、いびきなどを検出する。環境状態検出手段は、寝室内または寝床内の温度、湿度、風速、輻射熱などを検出し、空調器、寝床内環境制御手段を制御し、さらに、芳香発生装置から鎮静性の香りを発生させることが記載されている。   Patent Document 6 describes that the environmental state in the bedroom and the physiological state of the sleeping person are detected, the health state of the sleeping person is detected, and the sleeping state is made comfortable. The physiological state detecting means detects a sleeping state of the sleeping person, such as a brain wave, heartbeat, breathing, body movement, skin temperature, myoelectric potential, blood pressure, sweating, skin potential, and snoring. The environmental condition detection means detects the temperature, humidity, wind speed, radiant heat, etc. in the bedroom or the bed, controls the air conditioner, the environment control means in the bed, and generates a sedative scent from the fragrance generator. Is described.

特許文献7には、就寝者の呼吸による体動に応じた、荷重変化を呼吸信号として生成し、この呼吸信号の周波数の変化に基づいて、就寝者の無呼吸状態もしくは低呼吸状態を判定することが記載されている。   In Patent Document 7, a change in load corresponding to body movement due to sleep of a sleeper is generated as a respiratory signal, and the sleeper's apnea or hypopnea is determined based on a change in the frequency of the respiratory signal. It is described.

特許文献8には、より精度良く就寝者の呼吸状態をモニタするために、就寝者の下に所定の分布で配置され、就寝者からの荷重または振動に対応した信号を出力する複数のセンサーを備えた呼吸モニタ装置において、各センサーをπ/5の位相幅を有する位相グループに分け、位相グループの中でセンサー数が最も多いグループに属するセンサーの出力信号と、このグループの位相とπずれているグループに属するセンサーの出力信号を反転させた信号とを加算平均して呼吸信号を算出することが記載されている。
特開2002−34955号公報 特開2004−121837号公報 特開2005−118151号公報 特開2006−20810号公報 特開2006−198023号公報 特開平7−328079号公報 特開2004−24684号公報 特開2005−198781号公報
In Patent Document 8, in order to monitor a sleeping person's breathing state with higher accuracy, a plurality of sensors arranged under a sleeping person with a predetermined distribution and outputting signals corresponding to a load or vibration from the sleeping person are provided. In the respiratory monitoring device provided, each sensor is divided into phase groups having a phase width of π / 5, and the output signals of the sensors belonging to the group having the largest number of sensors in the phase group are shifted by π from the phase of this group. It is described that the respiration signal is calculated by averaging the signals obtained by inverting the output signals of the sensors belonging to a certain group.
JP 2002-34955 A JP 2004-121837 A JP-A-2005-118151 JP 2006-20810 A JP 2006-198023 A JP 7-328079 A JP 2004-24684 A JP 2005-198781 A

睡眠深度を判断する精度の高い方法は、脳波を検出し、その検出波形を使用するPSG法である。一方、PSG法に対して、就寝者に束縛感を与えないシート状センサーを用いて睡眠状態を判断しようとする方法は、呼吸数、心拍数、体動の情報に加え、呼吸信号のピーク値、ピーク間隔、ピーク間隔の平均値、ピーク間隔の分散などを判断要素に入れて精度を向上しようとしている。しかしながら、PSG法の判断結果に対して、睡眠状態を推定する精度は高くない。   A highly accurate method for determining the sleep depth is a PSG method that detects an electroencephalogram and uses the detected waveform. On the other hand, in contrast to the PSG method, the method of trying to determine the sleep state using a sheet-like sensor that does not give a sleeping feeling to the sleeper is the peak value of the respiratory signal in addition to the respiratory rate, heart rate, and body movement information. In order to improve the accuracy, the peak interval, the average value of the peak interval, the variance of the peak interval, and the like are taken into consideration. However, the accuracy of estimating the sleep state is not high with respect to the determination result of the PSG method.

呼吸信号に含まれる複数の呼吸サイクルには、息を吸う吸気の部分と、息を吐く呼気の部分とを含む。これらの内、呼気部分の時間、すなわち呼気時間の増減と、睡眠時の脳波の低周波成分、例えば、δ波と称される3Hz以下(特に0.5Hzから3.0Hz)のスペクトルの振幅成分を加算したものの増減との間に相関関係があると考えられる見地が得られた。したがって、呼吸信号から呼気時間を抽出して睡眠状態を判断することにより、脳波、特に、睡眠状態により影響が表れる脳波の低周波成分に相当する要素を判断要素に入れることができる。このため、脳波を直に検出せずに、脳波の波形成分あるいはそれに相当する成分を睡眠段階の判断に加えることができるので、PSG法に対して就寝者に束縛感を与えない、例えば、シート状センサーを用いて睡眠状態を精度良く判断することができる。   The plurality of respiratory cycles included in the respiratory signal includes an inhalation part for inhaling and an exhalation part for exhaling. Among these, the time of the expiration part, that is, the increase and decrease of the expiration time, and the low frequency component of the brain wave during sleep, for example, the amplitude component of the spectrum of 3 Hz or less (especially 0.5 Hz to 3.0 Hz) called δ wave The point of view considered to have a correlation between the increase and decrease of the sum of the values obtained. Therefore, by extracting the expiration time from the respiratory signal and determining the sleep state, an element corresponding to a low frequency component of an electroencephalogram, particularly an electroencephalogram that is affected by the sleep state, can be included in the determination element. For this reason, since the waveform component of the electroencephalogram or a component corresponding thereto can be added to the determination of the sleep stage without directly detecting the electroencephalogram, it does not give the sleeping person a sense of restraint with respect to the PSG method, for example, a sheet The sleep state can be accurately determined using the state sensor.

呼吸信号に含まれる呼吸サイクルを、極小−極大−極小の呼吸ピークとして捉えたときに、極小から極大、極大から極小のいずれか一方が吸気の部分であり、他方が呼気の部分であるはずである。しかしながら、呼吸時間、呼吸回数などをパラメータとして睡眠状態を判断している現状では、ピーク間隔と、振幅とが主に注目されるために、呼吸信号から、呼気の部分を抽出する方法は開示されていないし、呼吸信号を生成する際に、呼気の部分を抽出することは考慮されていない。   When the respiratory cycle included in the respiratory signal is regarded as a minimum-maximum-minimum respiratory peak, one of minimum to maximum and maximum to minimum should be the inspiratory part and the other should be the expiratory part. is there. However, in the current situation in which the sleep state is determined using the breathing time, the number of breaths, etc. as parameters, the peak interval and the amplitude are mainly noticed, and therefore a method for extracting the exhalation part from the breathing signal is disclosed. Neither is it considered to extract the exhalation part when generating the respiratory signal.

本発明の一態様は、呼吸信号を解析可能な装置である。この装置は、複数の呼吸サイクルを含む呼吸信号を取得する手段と、複数の呼吸サイクルに含まれる極大から極小までの第1の時間と、極小から極大までの第2の時間とを分離し、所定の時間または所定のサイクル数をサンプリング単位として、第1の時間、第2の時間および/またはそれらに関連する値の統計量をメモリに記録する手段と、サンプリング単位で、統計量に基づき、第1の時間および第2の時間のいずれか一方が呼気時間であると識別する手段と、第1の時間の統計量および第2の時間の統計量のいずれか一方を呼気時間の統計量として出力する手段とを有する。   One embodiment of the present invention is an apparatus that can analyze a respiratory signal. The apparatus separates a means for obtaining a respiratory signal including a plurality of respiratory cycles, a first time from a local maximum to a local minimum included in the plurality of respiratory cycles, and a second time from a local minimum to a maximum; A means for recording a statistic of a first time, a second time and / or a value associated therewith in a memory with a predetermined time or a predetermined number of cycles as a sampling unit, and based on the statistic in a sampling unit; Means for identifying that one of the first time and the second time is an expiration time; and one of the first time statistic and the second time statistic as an expiration time statistic Means for outputting.

まず、呼吸信号に含まれる呼吸サイクル(呼吸ピーク)は、吸気の部分と呼気の部分とにより構成されるが、呼吸信号の信号強度を高める処理により、吸気の部分と呼気の部分とが呼吸信号の途中で定期的に入れ替わる可能性がある。さらに、自律神経の働きから隣接する呼気と吸気の中では呼気時間が吸気時間より長くなるという法則を適用しようとしても、個々の呼吸ピークで判断しようとするとノイズなどの影響が大きく表れてデータの信頼性が低下する。一方、就眠中に得られた全体の呼吸信号から判断しようとすると吸気の部分と呼気の部分とが入れ替わる影響により識別が難しくなる。   First, the respiratory cycle (breathing peak) included in the respiratory signal is composed of an inspiratory part and an expiratory part. By the process of increasing the signal strength of the respiratory signal, the inspiratory part and the expiratory part are respirated. There is a possibility of regular replacement during Furthermore, even if an attempt is made to apply the law that the expiration time is longer than the inspiration time in the adjacent exhalation and inspiration due to the action of the autonomic nerve, if you try to judge at the individual breathing peak, the influence of noise etc. appears greatly and the data Reliability decreases. On the other hand, if an attempt is made to make a judgment from the entire respiratory signal obtained during sleep, it becomes difficult to discriminate due to the effect of switching between the inspiratory part and the expiratory part.

本発明の一態様の装置においては、個々の呼吸ピークではなく、また、就眠全体の呼吸信号からではなく、所定の時間または所定のサイクル数をサンプリング単位として、極小から極大、極大から極小までのそれぞれの時間を第2の時間および第1の時間として統計処理する。例えば、数十秒から数分程度、具体的には30秒前後から5分前後の間の適当な時間をサンプリング単位として設定し、その間の統計量、例えば、第1の時間と第2の時間の平均値に基づき、一方の時間を呼気時間として識別する。   In the apparatus according to one aspect of the present invention, from a minimum to a maximum, from a maximum to a minimum, using a predetermined time or a predetermined number of cycles as a sampling unit, not an individual respiration peak and not from a respiratory signal of the whole sleep. Each time is statistically processed as the second time and the first time. For example, an appropriate time between several tens of seconds to several minutes, specifically, between about 30 seconds and about 5 minutes is set as a sampling unit, and statistics during that time, for example, the first time and the second time are set. One time is identified as the expiration time based on the average value of.

呼吸信号を生成する1つの手段は、横になった状態のユーザの荷重変化を検出可能なように所定の分布で配置され、ユーザからの荷重または振動に対応した信号を出力する複数の検出素子を含むセンサーユニットである。一例は、横になった状態のユーザの荷重変化を検出可能なシートタイプのセンサーユニットであって、シート状の支持部材にマトリクス状に配列された複数の感圧素子を含むセンサーの検出結果に基づく呼吸信号を生成するものである。このようなセンサーユニットからの呼吸信号を受け取る場合は、取得する手段は、呼吸信号とともに複数の検出素子の信号のうち、ユーザの胸部下となる可能性の高い複数の胸部検出素子の信号を少なくとも取得することが望ましい。   One means for generating a respiration signal is arranged in a predetermined distribution so as to detect a load change of the user in a lying state, and a plurality of detection elements that output signals corresponding to the load or vibration from the user Is a sensor unit. An example is a sheet-type sensor unit that can detect a load change of a user in a lying state, and includes a detection result of a sensor including a plurality of pressure-sensitive elements arranged in a matrix on a sheet-like support member. Based on this, a respiratory signal is generated. In the case of receiving a respiratory signal from such a sensor unit, the means for acquiring at least the signals of a plurality of chest detection elements that are likely to be under the chest of the user among the signals of the plurality of detection elements together with the respiratory signal. It is desirable to obtain.

さらに、記録する手段は、サンプリング単位で、複数の胸部検出素子のそれぞれからの信号の振幅の統計量の中で、最大の振幅の信号を出力した胸部検出素子を基準素子として選択し、基準素子の信号と呼吸信号との位相差の統計量(例えば、位相差の平均値)を、第1および第2の時間に関連する値の統計量としてメモリ(例えば、SRAM、DRAMなどの半導体メモリ、レジスタ、ハードディスク)に記録することが望ましい。そして、識別する手段は、サンプリング単位で、位相差の統計量が第1の値より小さいときは、第1の時間および第2の時間の一方を呼気時間として認識し、位相差の統計量が第2の値より大きいときは、第1の時間および第2の時間の他方を呼気時間として認識することが可能である。   Further, the recording means selects, as a reference element, a chest detection element that outputs a signal having the maximum amplitude among the amplitude statistics of signals from each of the plurality of chest detection elements in a sampling unit. The statistics of the phase difference between the signal and the respiratory signal (for example, the average value of the phase difference) are stored as the statistics of the values related to the first and second times (for example, semiconductor memories such as SRAM and DRAM, It is desirable to record in a register or a hard disk. The identifying means recognizes one of the first time and the second time as an expiration time when the phase difference statistic is smaller than the first value in a sampling unit, and the phase difference statistic is When larger than the second value, it is possible to recognize the other of the first time and the second time as the expiration time.

複数の検出素子を含む、多点式のセンサーユニットを採用した場合、胸部の下になった検出素子は、呼気時に圧力が減少することを検出し、吸気時に圧力が増大することを検出する。したがって、基準素子の信号の傾向、すなわち、圧力が減少するときに信号が極小から極大に変化するか、極大から極小に変化するかを事前に確認することにより、基準素子からの信号と位相差がない場合、基準素子の信号の傾向にしたがって呼気時間を識別できる。例えば、位相差の平均がゼロを中心とした第1の範囲内(例えば、0±π/10)のときは、基準素子からの信号の位相と呼吸信号の位相とは合致しているので、基準素子の信号の傾向にしたがって、第1の時間および第2の時間の一方を呼気時間として認識できる。一方、位相差の平均が180度を中心とした第2の範囲内(例えば、π±π/10)のときは、基準素子からの信号の位相と呼吸信号の位相とは反転しているので、基準素子の信号の傾向とは反対に、第1の時間および第2の時間の他方を呼気時間として認識できる。   When a multipoint sensor unit including a plurality of detection elements is employed, the detection element under the chest detects a decrease in pressure during expiration and detects an increase in pressure during inspiration. Therefore, by confirming in advance the trend of the signal of the reference element, that is, whether the signal changes from minimum to maximum or from maximum to minimum when the pressure decreases, the phase difference from the signal from the reference element If there is not, the expiration time can be identified according to the signal trend of the reference element. For example, when the average of the phase difference is within the first range centered on zero (for example, 0 ± π / 10), the phase of the signal from the reference element matches the phase of the respiratory signal. One of the first time and the second time can be recognized as the expiration time according to the tendency of the signal of the reference element. On the other hand, when the average of the phase difference is within the second range centered around 180 degrees (for example, π ± π / 10), the phase of the signal from the reference element and the phase of the respiratory signal are inverted. Contrary to the signal tendency of the reference element, the other of the first time and the second time can be recognized as the expiration time.

識別する手段は、さらに、自律神経の働きから隣接する呼気と吸気の中では呼気時間が吸気時間より長くなるという法則を適用できることが望ましい。位相差の統計量による判断が明確にできないとき、すなわち、位相差の統計量が、第1の範囲および第2の範囲に含まれず、識別する手段は、サンプリング単位で、第1の時間の統計量が第2の時間の統計量よりも長いときは、第1の時間を呼気時間として認識し、第1の時間の統計量が第2の時間の統計量よりも短いときは、第2の時間を呼気時間として認識することが望ましい。また、位相差の統計量とは独立して、識別する手段は、サンプリング単位で、第1の時間の統計量が第2の時間の統計量よりも長いときは、第1の時間を呼気時間として認識し、第1の時間の統計量が第2の時間の統計量よりも短いときは、第2の時間を呼気時間として認識することが可能である。   It is desirable that the means for discriminating can further apply the law that the expiration time is longer than the inspiration time in the adjacent exhalation and inspiration due to the action of the autonomic nerve. When the judgment based on the phase difference statistic cannot be clearly made, that is, the phase difference statistic is not included in the first range and the second range, the means for identifying is the first time statistic in sampling units. When the amount is longer than the second time statistic, the first time is recognized as the expiration time, and when the first time statistic is shorter than the second time statistic, the second time It is desirable to recognize time as expiration time. Independent of the phase difference statistic, the means for identifying is the sampling unit, and when the statistic for the first time is longer than the statistic for the second time, the first time is set to the expiration time. If the statistic for the first time is shorter than the statistic for the second time, the second time can be recognized as the expiration time.

本発明の他の態様の1つは、上記の解析装置と、複数の検出素子を含むセンサーユニットとを有する、生体監視システムである。この生体監視システムは、センサーユニットから得られた呼吸信号に含まれる呼気時間を抽出して、出力することが可能である。   Another aspect of the present invention is a living body monitoring system including the analysis device described above and a sensor unit including a plurality of detection elements. This living body monitoring system can extract and output the expiration time included in the respiratory signal obtained from the sensor unit.

さらに、この生体監視システムは、呼気時間の統計量の増減を、脳波の低周波成分の強度の増減に対応する第1の要素として判断要素に含めて睡眠状態を推定し、推定された値を出力する手段をさらに有することが望ましい。呼気時間を第1の要素として睡眠状態を判断することにより、脳波、特に、睡眠状態により影響が表れる脳波の低周波成分に相当する要素を判断要素に入れることができる。このため、脳波を直に検出せずに、脳波の波形成分あるいはそれに相当する成分を睡眠段階の判断に加えることができるので、PSG法に対して就寝者に束縛感を与えずに、精度良く睡眠状態の推定値を出力できる生体監視システムを提供できる。   Furthermore, this living body monitoring system estimates the sleep state by including the increase / decrease in expiration time statistics as a first factor corresponding to the increase / decrease in the intensity of the low frequency component of the electroencephalogram, and estimating the sleep state. It is desirable to further have a means for outputting. By determining the sleep state using the expiration time as the first element, an element corresponding to a low frequency component of an electroencephalogram, particularly an electroencephalogram that is affected by the sleep state, can be included in the determination element. For this reason, since it is possible to add the waveform component of the electroencephalogram or a component corresponding thereto to the determination of the sleep stage without directly detecting the electroencephalogram, the PSG method can be accurately performed without giving the sleeping person a sense of binding. A biological monitoring system capable of outputting an estimated value of a sleep state can be provided.

また、本発明のさらなる他の態様の1つは、上記の生体監視システムと、解析装置から出力される呼気時間の統計量の増減を、脳波の低周波成分の強度の増減に対応する第1の要素として判断要素に含めて睡眠状態を推定し、生活環境の少なくとも一部を制御する装置とを有する、環境制御システムである。睡眠段階あるいは睡眠状態を推定し、その結果により寝室の温度、香り、明るさなどを制御し、また、ベッドなどを制御することにより、より心地よい睡眠と、目覚めとを提供できる。   According to another aspect of the present invention, the increase or decrease in the expiration time statistic output from the biological monitoring system and the analysis device corresponds to the increase or decrease in the intensity of the low frequency component of the electroencephalogram. It is an environment control system which has the apparatus which estimates a sleep state by including it in a judgment element as an element of, and controls at least one part of a living environment. The sleep stage or sleep state is estimated, and the temperature, scent, brightness, etc. of the bedroom are controlled based on the result, and more comfortable sleep and awakening can be provided by controlling the bed.

本発明のさらなる他の態様の1つは、以下のステップを含む解析方法である。
a1.複数の呼吸サイクルを含む呼吸信号を取得すること。
a2.複数の呼吸サイクルに含まれる極大から極小までの第1の時間と、極小から極大までの第2の時間とを分離し、所定の時間または所定のサイクル数をサンプリング単位として、第1の時間、第2の時間および/またはそれらに関連する値の統計量を計算し、それら統計量をメモリに記録すること。
a3.サンプリング単位で、統計量に基づき、第1の時間および第2の時間のいずれか一方が呼気時間であると識別すること。
a4.第1の時間の統計量および第2の時間の統計量のいずれか一方を呼気時間の統計量として出力すること。
Still another aspect of the present invention is an analysis method including the following steps.
a1. Obtaining a respiratory signal that includes multiple respiratory cycles.
a2. The first time from the maximum to the minimum included in the plurality of respiratory cycles and the second time from the minimum to the maximum are separated, and the first time, with the predetermined time or the predetermined number of cycles as a sampling unit, Calculating statistics of the second time and / or their associated values and recording them in memory.
a3. Identifying one of the first time and the second time as expiration time in sampling units based on statistics.
a4. One of the first time statistic and the second time statistic is output as the expiration time statistic.

取得するステップ(a1)では、横になった状態のユーザの荷重変化を検出可能なように所定の分布で配置され、ユーザからの荷重または振動に対応した信号を出力する複数の検出素子を含むセンサーユニットの検出結果に基づく呼吸信号とともに、複数の検出素子の信号のうち、ユーザの胸部下となる可能性の高い複数の胸部検出素子の信号を少なくとも取得することが好ましい。また、記録するステップ(a2)では、サンプリング単位で、複数の胸部検出素子のそれぞれからの信号の振幅の統計量の中で、最大の振幅の信号を出力した胸部検出素子を基準素子として選択し、基準素子の信号と呼吸信号との位相差の統計量をメモリに記録することが好ましい。さらに、識別するステップ(a3)では、位相差の統計量がゼロを中心とした第1の範囲内のときは、第1の時間および第2の時間の一方を呼気時間として認識し、位相差の統計量が180度を中心とした第2の範囲内のときは、第1の時間および第2の時間の他方を呼気時間として認識することが好ましい。   The obtaining step (a1) includes a plurality of detection elements arranged in a predetermined distribution so as to detect a change in the load of the user in a lying state and outputting a signal corresponding to the load or vibration from the user. It is preferable to acquire at least signals of a plurality of chest detection elements that are likely to be under the chest of the user among the signals of the plurality of detection elements together with the respiratory signal based on the detection result of the sensor unit. In the recording step (a2), the chest detection element that outputs the signal having the maximum amplitude among the amplitude statistics of the signals from each of the plurality of chest detection elements is selected as a reference element in the sampling unit. Preferably, the statistic of the phase difference between the reference element signal and the respiratory signal is recorded in the memory. Further, in the identifying step (a3), when the statistic of the phase difference is within the first range centered on zero, one of the first time and the second time is recognized as the expiration time, and the phase difference Is within the second range centered on 180 degrees, it is preferable to recognize the other of the first time and the second time as the expiration time.

さらに、識別するステップ(a3)では、位相差の統計量が、第1の範囲内および第2の範囲内に含まれず、サンプリング単位で、第1の時間の統計量が第2の時間の統計量よりも長いときは、第1の時間を呼気時間として認識し、第1の時間の統計量が第2の時間の統計量よりも短いときは、第2の時間を呼気時間として認識することが好ましい。また、識別するステップ(a3)では、位相差の統計量とは独立して、サンプリング単位で、第1の時間の統計量が第2の時間の統計量よりも長いときは、第1の時間を呼気時間として認識し、第1の時間の統計量が第2の時間の統計量よりも短いときは、第2の時間を呼気時間として認識しても良い。   Further, in the identifying step (a3), the phase difference statistic is not included in the first range and the second range, and the first time statistic is the second time statistic in sampling units. When the amount is longer than the amount, the first time is recognized as the expiration time, and when the first time statistic is shorter than the second time, the second time is recognized as the expiration time. Is preferred. In the identifying step (a3), when the statistic for the first time is longer than the statistic for the second time in a sampling unit, independently of the statistic of the phase difference, the first time May be recognized as the expiration time, and the second time may be recognized as the expiration time when the statistic of the first time is shorter than the statistic of the second time.

本発明のさらなる他の態様の1つは、上記a1〜a3および以下のステップa5を含む方法である。
a5.第1の時間の統計量および第2の時間の統計量のいずれか一方を呼気時間の統計量とし、呼気時間の統計量の増減を、脳波の低周波成分の強度の増減に対応する第1の要素として判断要素に含めて睡眠状態を推定して出力すること。
Still another embodiment of the present invention is a method including the above-described a1 to a3 and the following step a5.
a5. Either the first time statistic or the second time statistic is used as the expiration time statistic, and the increase or decrease in the expiration time statistic corresponds to the increase or decrease in the intensity of the low frequency component of the electroencephalogram. Estimate and output the sleep state by including it as a determination element.

本発明のさらなる他の態様の1つは、上記a1〜a3および以下のステップa6を含む方法である。
a6.第1の時間の統計量および第2の時間の統計量のいずれか一方を呼気時間の統計量とし、呼気時間の統計量の増減を、脳波の低周波成分の強度の増減に対応する第1の要素として判断要素に含めて睡眠状態を推定して生活環境の少なくとも一部を制御すること。
Still another embodiment of the present invention is a method including the above-described a1 to a3 and the following step a6.
a6. Either the first time statistic or the second time statistic is used as the expiration time statistic, and the increase or decrease in the expiration time statistic corresponds to the increase or decrease in the intensity of the low frequency component of the electroencephalogram. Including at least a part of the living environment by estimating the sleep state by including it as a determination element.

図1に、寝室用のホームシステムの一例を示す。このホームシステム50は、寝室のベッドあるいは布団に設置されるセンサーシート2を含む生体情報検出ユニット10と、寝室用の制御ユニット20とを含む。制御ユニット20は、家庭内LAN60と接続されており、LAN60に接続された寝室のエアコン61、ライト62、芳香器63を制御することにより寝室内の環境を制御できる。したがって、このホームシステム50は、環境制御システムとしての機能を備えている。また、制御ユニット20は、家庭内LAN60を通じて生体情報検出ユニット10で検出された情報およびその情報を解析した結果を監視ユニット58に送る。家庭内LAN60とゲートウェイ66を介して接続された外部ネットワーク、例えばインターネット65を介して外部監視ユニット59に送ることも可能である。したがって、このホームシステム50は生体監視システムとしての機能を備えている。   FIG. 1 shows an example of a bedroom home system. The home system 50 includes a biological information detection unit 10 including a sensor sheet 2 installed on a bed or a futon in a bedroom, and a control unit 20 for the bedroom. The control unit 20 is connected to the home LAN 60, and can control the environment in the bedroom by controlling the air conditioner 61, the light 62, and the aroma device 63 of the bedroom connected to the LAN 60. Therefore, the home system 50 has a function as an environment control system. Further, the control unit 20 sends information detected by the biological information detection unit 10 through the home LAN 60 and a result of analyzing the information to the monitoring unit 58. It is also possible to send to the external monitoring unit 59 via an external network connected to the home LAN 60 via the gateway 66, for example, the Internet 65. Therefore, the home system 50 has a function as a living body monitoring system.

生体情報検出ユニット10は、検出素子として圧力センサー(感圧センサー)7を用い、複数の感圧素子7をアレイ状またはマトリクス状に配置したセンサーシート2と、それら複数の感圧素子7からの信号を集めて制御ユニット20に送るデータ処理ユニット3とを備えている。このセンサーシート2は、複数のサブシート2a、2bおよび2cにより構成されている。それぞれのサブシート2a、2bおよび2cは、薄いプラスチック製のシート4を母材としている。センサーシート2は、それぞれのシート4をシート状の支持部材に複数の感圧素子7を取り付ける(アッセンブルする)ことにより、シートタイプのセンサーを構成するとともに、複数の感圧素子7が適当な間隔で規則的に配置されるようにしたものである。したがって、これら複数の感圧素子7により、横になった状態のユーザの荷重変化を検出可能である。感圧素子7の分布は、呼吸を中心に捉える場合は、胸部に相当する場所に集中的に配置することも可能であり、上記に限定されない。また、これらの感圧素子7は、ベッドなどの就寝具に直接取り付けることも可能である。また、感圧素子7は、ユーザからの荷重または振動に対応した信号を出力する機能を有するものであれば良く、圧電素子、静電型の圧力センサーなどを挙げることができる。   The biological information detection unit 10 uses a pressure sensor (pressure sensor) 7 as a detection element, a sensor sheet 2 in which a plurality of pressure sensitive elements 7 are arranged in an array or matrix, and a plurality of pressure sensitive elements 7. And a data processing unit 3 that collects signals and sends them to the control unit 20. The sensor sheet 2 is composed of a plurality of sub-sheets 2a, 2b and 2c. Each of the sub-sheets 2a, 2b and 2c uses a thin plastic sheet 4 as a base material. The sensor sheet 2 is configured by attaching (assembling) a plurality of pressure-sensitive elements 7 to each sheet 4 on a sheet-like support member to constitute a sheet-type sensor, and the plurality of pressure-sensitive elements 7 are arranged at appropriate intervals. Are arranged regularly. Therefore, it is possible to detect a load change of the user in a lying state by the plurality of pressure sensitive elements 7. The distribution of the pressure-sensitive elements 7 can be intensively arranged at a location corresponding to the chest when capturing breathing as the center, and is not limited to the above. Moreover, these pressure sensitive elements 7 can also be directly attached to a bedclothing such as a bed. The pressure sensitive element 7 may be any element having a function of outputting a signal corresponding to a load or vibration from the user, and examples thereof include a piezoelectric element and an electrostatic pressure sensor.

シート4には、複数の感圧素子7から信号を取り出すための配線8も作りこまれている。したがって、センサーシート2をベッドなどに敷くことにより、多数の感圧素子7をベッドの上に配置できる。このため、ベッドの上に横たわる被験者(就寝者)9に直にセンサーあるいは電極を取り付けなくても、就寝者9の体動を寝具に加わる荷重変化として感圧素子7からの信号(荷重信号)に変換して捉えることができる。このため、感圧素子7からの荷重信号を解析することにより、就寝者(被験者)9の就寝中の呼吸状態やその他の状態を監視できる。   The sheet 4 is also provided with wiring 8 for taking out signals from the plurality of pressure sensitive elements 7. Therefore, by placing the sensor sheet 2 on a bed or the like, a large number of pressure sensitive elements 7 can be arranged on the bed. For this reason, the signal (load signal) from the pressure-sensitive element 7 is a change in load applied to the bedding of the body movement of the sleeping person 9 without attaching a sensor or electrode directly to the subject (sleeping person) 9 lying on the bed. Can be converted to For this reason, by analyzing the load signal from the pressure-sensitive element 7, it is possible to monitor the sleeping state of the sleeping person (subject) 9 and other states.

データ処理ユニット3は、荷重信号から呼吸信号を生成する。例えば、特許文献7には、各感圧素子7からの信号を周波数解析するために高速フーリエ変換(FFT)し、呼吸周波数成分(δ波成分)におけるパワースペクトルの大きさにより、呼吸に伴う体動に応じた荷重変化を検出している感圧素子7を複数抽出することが記載されている。さらに、それらの中でパワースペクトルが最も大きい感圧素子7を基準素子として、所定の位相差内に入る信号を加算することにより呼吸曲線(呼吸信号)39を生成することが記載されている。   The data processing unit 3 generates a respiration signal from the load signal. For example, Patent Document 7 discloses that a body associated with respiration is subjected to fast Fourier transform (FFT) for frequency analysis of a signal from each pressure-sensitive element 7 and the power spectrum in the respiratory frequency component (δ wave component). It describes that a plurality of pressure-sensitive elements 7 that detect a load change according to movement are extracted. Further, it is described that a breathing curve (breathing signal) 39 is generated by adding signals that fall within a predetermined phase difference using the pressure sensitive element 7 having the largest power spectrum among them as a reference element.

制御ユニット20は、適当なハードウェア資源、例えば、メモリ(レジスタ、RAMなどの半導体メモリ、ハードディスクを含む)、CPU、ディスプレイ、各種のインターフェイスを備えたコンピュータを用いて構成することができる。制御ユニット20は、睡眠状態を推定する解析ユニット28としての機能を含む。また、制御ユニット20は、推定された結果に基づいて寝室のエアコン61、ライト62、芳香器63などに家庭内LAN60を介して制御信号を出力する環境制御ユニット30としての機能を含む。さらに、制御ユニット20は、睡眠状態の推定された結果、環境制御状況などを表示出力するためのディスプレイ29を含む。   The control unit 20 can be configured using an appropriate hardware resource, for example, a computer including a memory (including a semiconductor memory such as a register and a RAM, a hard disk), a CPU, a display, and various interfaces. The control unit 20 includes a function as an analysis unit 28 that estimates a sleep state. In addition, the control unit 20 includes a function as the environment control unit 30 that outputs a control signal to the air conditioner 61, the light 62, the fragrance 63, and the like in the bedroom based on the estimated result via the home LAN 60. Further, the control unit 20 includes a display 29 for displaying and outputting the estimated result of the sleep state, the environmental control status, and the like.

解析ユニット28は、生体情報検出システム10の情報処理ユニット3から呼吸信号39を受信し、メモリ25に格納する入力インターフェイス26と、メモリ25に格納された呼吸信号を解析し、統計処理した値をメモリ25に格納する第1の解析機能21と、統計処理された値より呼気時間を判断する第2の解析機能22と、呼気時間を出力する機能24と、呼気時間の増減を、脳波の低周波成分の強度の増減に対応する第1の要素として判断要素に含めて睡眠状態を推定する第3の解析機能23と、睡眠状態の推定した結果を出力する出力インターフェイス27とを含む。出力インターフェイス27は、推定された睡眠状態を環境制御ユニット30に出力するとともに、家庭内LAN60を介して監視ユニット58および/または59に送る。   The analysis unit 28 receives the respiration signal 39 from the information processing unit 3 of the biological information detection system 10, analyzes the respiration signal stored in the memory 25 and the input interface 26 stored in the memory 25, and calculates the statistically processed value. The first analysis function 21 stored in the memory 25, the second analysis function 22 for judging the expiration time from the statistically processed values, the function 24 for outputting the expiration time, the increase / decrease in the expiration time, A third analysis function 23 that includes a determination element as a first element corresponding to an increase / decrease in the intensity of the frequency component and estimates the sleep state, and an output interface 27 that outputs the estimated result of the sleep state are included. The output interface 27 outputs the estimated sleep state to the environmental control unit 30 and sends it to the monitoring units 58 and / or 59 via the home LAN 60.

図2に、制御ユニット20における処理をフローチャートにより示している。ステップ71において、入力インターフェイス26により、複数の呼吸ピークを含む呼吸信号39を取得してメモリ25に格納する。図3(a)に示すように、呼吸信号39は、呼吸を示す複数のサイクル(呼吸サイクル、呼吸曲線)38を含む。呼吸は、吸気と呼気とにより成り立つ。したがって、それぞれの呼吸サイクル38は、吸気部分36と、呼気部分37とを有し、呼吸時間tbは、吸気時間tiと、呼気時間teとの和になる。すなわち、呼吸サイクル38は、極大−極小−極大を含む。ピーク(呼吸ピーク)間の間隔、高さを中心に解析される場合は、極小−極大−極小の呼吸ピークを1つの呼吸サイクルと認識することも可能である。呼吸中は、その呼吸サイクル38が複数繰り返されるので、呼吸信号39は、複数の呼吸サイクル38を有する信号となる。   FIG. 2 is a flowchart showing the processing in the control unit 20. In step 71, a respiration signal 39 including a plurality of respiration peaks is acquired by the input interface 26 and stored in the memory 25. As shown in FIG. 3A, the respiration signal 39 includes a plurality of cycles (respiration cycle, respiration curve) 38 indicating respiration. Breathing consists of inspiration and expiration. Accordingly, each breathing cycle 38 has an inhalation portion 36 and an expiration portion 37, and the breathing time tb is the sum of the inspiration time ti and the expiration time te. That is, the respiratory cycle 38 includes a maximum-minimum-maximum. When the analysis is performed centering on the interval between the peaks (respiration peaks) and the height, it is also possible to recognize the minimum-maximum-minimum respiration peak as one respiration cycle. During breathing, the respiratory cycle 38 is repeated a plurality of times, so that the respiratory signal 39 is a signal having a plurality of respiratory cycles 38.

ステップ72において、第1の解析機能21により、呼吸サイクル38のそれぞれに含まれる極大から極小までの第1の部分36の第1の時間t1と、極小から極大までの第2の部分37の第2の時間t2とを分離し、所定のサンプリング間隔で統計をとり、それらの統計量をメモリ25に記録する。呼吸信号39において第1の部分36と第2の部分37との切り替わり箇所は、極大点および極小点であり、その位置は波形微分から求めることができる。この工程において、呼吸サイクル38の振幅が所定の値を越えるものは体動ノイズとしてカットする。また、ショルダノイズもカットする。ショルダノイズは、図3(b)に示すような小変化が呼吸サイクル38に含まれているものである。ショルダノイズは、以下の条件を満たす頂点を削除することにより除去できる。
(MX−MNi−1)+(MXi+1−MN)<Cs(MXi+1−MNi−1
のときは頂点MXとMNを削除、
(MX−MN)+(MXi+1−MNi+1)<Cs(MX−MNi+1
のときは頂点MXi+1とMNを削除、
ただしCsは閾値であり、例えば、1.2である。
In step 72, the first analysis function 21 causes the first time t1 of the first portion 36 from the local maximum to the local minimum included in each of the respiratory cycles 38 and the second time 37 of the second portion 37 from the local minimum to the local maximum. The time t2 of 2 is separated, statistics are taken at a predetermined sampling interval, and these statistics are recorded in the memory 25. In the respiration signal 39, the switching portion between the first portion 36 and the second portion 37 is a local maximum point and a local minimum point, and the position can be obtained from waveform differentiation. In this process, if the amplitude of the respiratory cycle 38 exceeds a predetermined value, it is cut as body movement noise. It also cuts shoulder noise. The shoulder noise is such that a small change as shown in FIG. Shoulder noise can be removed by deleting vertices that satisfy the following conditions.
(MX i −MN i−1 ) + (MX i + 1 −MN i ) <Cs (MX i + 1 −MN i−1 )
Deletes vertices MX i and MN i ,
(MX i −MN i ) + (MX i + 1 −MN i + 1 ) <Cs (MX i −MN i + 1 )
Delete vertices MX i + 1 and MN i
However, Cs is a threshold value, for example, 1.2.

第1の部分36および第2の部分37はいずれか一方が呼気部分である。例えば、サーミスタ式鼻気流センサーであれば、呼気時に温度が上昇するので温度データを合わせてセンサー側から取得することにより、第1の部分36および第2の部分37とを呼気部分と吸気部分とに識別できる。しかしながら、センサーシート2から得られた呼吸信号にはその識別方法は適用できない。   One of the first portion 36 and the second portion 37 is an exhalation portion. For example, in the case of a thermistor type nasal airflow sensor, the temperature rises during exhalation, and the temperature data is combined and acquired from the sensor side, so that the first part 36 and the second part 37 are connected to the exhalation part and the inhalation part. Can be identified. However, the identification method cannot be applied to the respiratory signal obtained from the sensor sheet 2.

他の識別方法の1つは、自律神経の働きから隣接する呼気と吸気の中では呼気時間が吸気時間より長くなるという法則を適用することである。しかしながら、呼気時間と吸気時間との差について明確な基準はなく、また、上記のようにショルダノイズが乗ったようなピークであると、呼気と吸気とを明確に識別することは難しいケースも多い。   One of the other identification methods is to apply the law that the expiration time is longer than the inspiration time in the adjacent exhalation and inspiration due to the action of the autonomic nerve. However, there is no clear standard for the difference between the expiration time and the inspiration time, and it is often difficult to clearly distinguish between expiration and inspiration when the peak is such that shoulder noise rides as described above. .

さらに、上述した生体情報検出ユニット10においては、複数の感圧素子7をアレイ状またはマトリクス状などの所定の分布に配置したセンサーシート2を用いて生体信号を検出している。例えば、特許文献7または特許文献8に記載されているように、多数の検出素子により生体信号を検出するセンサーにおいて、ノイズの除去と、信号強度を向上するために、基準となる点を中心に、多点で得られた信号を加算した信号が通常出力される。そして、呼吸信号の生成は、感圧素子などのセンサーエレメントからの信号のサンプリングを所定の回数繰り返した度に行なわれる。   Furthermore, in the biological information detection unit 10 described above, a biological signal is detected using the sensor sheet 2 in which a plurality of pressure sensitive elements 7 are arranged in a predetermined distribution such as an array or a matrix. For example, as described in Patent Document 7 or Patent Document 8, in a sensor that detects a biological signal by a large number of detection elements, in order to remove noise and improve signal strength, the reference point is mainly used. A signal obtained by adding signals obtained at multiple points is normally output. The respiration signal is generated every time sampling of a signal from a sensor element such as a pressure sensitive element is repeated a predetermined number of times.

例えば、特許文献8には、256サイクル分の荷重信号を処理すると、人あるいは物の判定、呼吸周波数帯(δ波成分)の信号の有無の判定を行い、その後、基準となる点または基準となるセンサーグループを選択して呼吸信号を算出する。したがって、呼吸信号を算出する毎に、基準となる点、または基準となるセンサーグループが変わると、呼吸信号に含まれる呼気と吸気の位相がシフトしたり、反転したりする可能性がある。さらに、基準となる点、または基準となるセンサーグループは、信号強度により選択され、胸部の動きを検出するものに限られない。呼吸信号を生成するためのサンプリング回数は、センサーユニットの設定に依存し、0.1秒毎にサンプリングする場合は、上記のケースであると、25.6秒毎に位相が反転する可能性がある。実際は、就寝者の状態が25.6秒毎に変わる可能性は非常に小さいので、位相が反転したり、シフトしたりする時間間隔は長く、多くのケースでは数分単位である。   For example, in Patent Document 8, when 256 cycles of load signals are processed, a person or an object is determined, and the presence / absence of a signal in the respiratory frequency band (δ wave component) is determined. Select a sensor group to calculate the respiratory signal. Therefore, every time the respiration signal is calculated, if the reference point or the reference sensor group changes, the phases of expiration and inspiration included in the respiration signal may be shifted or reversed. Furthermore, the reference point or the reference sensor group is selected based on the signal intensity, and is not limited to detecting the chest movement. The number of times of sampling for generating the respiration signal depends on the setting of the sensor unit. When sampling is performed every 0.1 seconds, the phase may be inverted every 25.6 seconds in the above case. is there. Actually, the possibility that the sleeping person's state changes every 25.6 seconds is very small, so the time interval for phase inversion and shifting is long, and in many cases it is a unit of several minutes.

呼吸間隔、呼吸数などを検出するための呼吸信号としては、上記の処理は優れている。しかしながら、吸気と呼気とを分離しようとするときに、呼吸信号の位相が反転すると意味のないデータになる可能性がある。このため、本例の解析ユニット28においては、ステップ71において、入力インターフェイス26は、生体情報検出ユニット10より、呼吸信号39に加えて、各感圧素子7のうち、胸部の動きを検出するであろう胸部検出素子の信号41を取得するようにしている。全ての感圧素子7からの信号を受信して解析することも可能である。   The above processing is excellent as a respiration signal for detecting a respiration interval, a respiration rate, and the like. However, when trying to separate inspiration and expiration, there is a possibility that the data becomes meaningless if the phase of the respiratory signal is reversed. For this reason, in the analysis unit 28 of the present example, in step 71, the input interface 26 can detect the movement of the chest among the pressure sensitive elements 7 in addition to the respiratory signal 39 from the biological information detection unit 10. The signal 41 of the breast detecting element that will be used is acquired. It is also possible to receive and analyze signals from all the pressure sensitive elements 7.

そして、ステップ72において、第1の解析機能21は、所定のサンプリング単位、例えば、上記の生体情報検出ユニット10に対応して25.6秒のサンプリング時間単位で、第1の時間t1と、第2の時間t2との統計、例えば、合計時間または平均時間を算出するとともに、図4に示す処理を行う。まず、ステップ81において、第1の時間t1のサンプリング時間毎の平均値t1aと、第2の時間t2のサンプリング時間毎の平均値t2aを算出する。   In step 72, the first analysis function 21 determines the first time t1 in a predetermined sampling unit, for example, a sampling time unit of 25.6 seconds corresponding to the biological information detection unit 10 described above. The statistics with the time t2 of 2, for example, the total time or the average time are calculated, and the processing shown in FIG. 4 is performed. First, in step 81, an average value t1a for each sampling time of the first time t1 and an average value t2a for each sampling time of the second time t2 are calculated.

ステップ82において、図5に示したように、センサーシート2の感圧素子7のうち、上部5行の部分7aに配置された感圧素子7を胸部検出素子として、それらの感圧素子7からの信号のサンプリング時間内の平均振幅より重心、すなわち、信号強度が最も高いと考えられる位置を算出する。ステップ83において、その重心に最も近い感圧素子7を含む基準列7bを求める。この基準列7bの上に就寝者の胸部が載っている可能性が高い。さらに、ステップ84において、その基準列7bに含まれる感圧素子7の中で、サンプリング時間内の平均振幅が最大の信号を出力する感圧素子7を基準素子7cとして設定する。ステップ85において、基準素子7cの信号と、呼吸信号39との位相差を呼吸サイクル毎に求め、サンプル時間内の位相差の平均値Paを求める。そして、ステップ86において、これらの平均値t1a、t2aおよびPaをメモリ25に格納する。   In step 82, as shown in FIG. 5, among the pressure sensitive elements 7 of the sensor sheet 2, the pressure sensitive elements 7 arranged in the portion 7 a of the upper five rows are used as the chest detection elements, and from these pressure sensitive elements 7. The center of gravity, that is, the position considered to have the highest signal intensity is calculated from the average amplitude within the sampling time of the signal. In step 83, the reference row 7b including the pressure sensitive element 7 closest to the center of gravity is obtained. There is a high possibility that the sleeper's chest is placed on the reference row 7b. Further, in step 84, the pressure sensitive element 7 that outputs a signal having the maximum average amplitude within the sampling time among the pressure sensitive elements 7 included in the reference column 7b is set as the reference element 7c. In step 85, the phase difference between the signal of the reference element 7c and the respiratory signal 39 is obtained for each respiratory cycle, and the average value Pa of the phase differences within the sample time is obtained. In step 86, these average values t1a, t2a and Pa are stored in the memory 25.

図5に示すように、センサーシート2に配置された感圧素子7のうち、ハッチングをした素子7xが就寝者の荷重あるいは振動を検出可能なセンサー素子であり、呼吸信号39はこれらの感圧素子7からの信号を位相反転などの処理を施して加算したものとなる。図6に示すように、たとえば、上記により求めた胸部の基準素子7cの信号と、同じ基準列7bの腹部の感圧素子7yとの信号は位相が反転している。したがって、胸部の基準素子7cの信号強度が高ければ胸部の基準素子7cの信号と同位相の呼吸信号39が出力され、腹部の感圧素子7yの信号強度が高ければ胸部の基準素子7cの信号と反対の位相の呼吸信号が出力される。   As shown in FIG. 5, among the pressure sensitive elements 7 arranged on the sensor sheet 2, the hatched element 7 x is a sensor element capable of detecting a sleeper's load or vibration. The signal from the element 7 is subjected to processing such as phase inversion and added. As shown in FIG. 6, for example, the signal of the chest reference element 7c obtained as described above and the signal of the abdominal pressure-sensitive element 7y of the same reference row 7b are inverted in phase. Therefore, if the signal strength of the chest reference element 7c is high, a respiration signal 39 in phase with the signal of the chest reference element 7c is output, and if the signal strength of the abdominal pressure sensitive element 7y is high, the signal of the chest reference element 7c. A respiration signal with the opposite phase is output.

胸部の下になった基準素子7cは、呼気時に圧力が減少することを検出し、吸気時に圧力が増大することを検出する。したがって、基準素子7cの信号の傾向、すなわち、圧力が減少するときに信号が極小から極大に変化するか、極大から極小に変化するかを事前に確認することにより、呼吸信号39に含まれる呼気時間を識別することができる。なお、以降において、基準素子7cは、圧力が減少するとき、すなわち呼気時に、信号が極小から極大に変化すると仮定する。   The reference element 7c under the chest detects that the pressure decreases during expiration, and detects that the pressure increases during inspiration. Therefore, by confirming in advance the tendency of the signal of the reference element 7c, that is, whether the signal changes from the minimum to the maximum or from the maximum to the minimum when the pressure decreases, the expiration included in the respiration signal 39 Time can be identified. In the following, it is assumed that the reference element 7c changes its signal from the minimum to the maximum when the pressure decreases, that is, during expiration.

制御ユニット20では、図2のステップ73において、第2の解析機能22により、サンプリング時間毎に、第1の時間t1および第2の時間t2のいずれか一方が呼気時間であると識別する。図7に、識別するステップ73をさらに詳しく示している。ステップ91において、位相差の平均値がゼロを中心とした第1の範囲内、すなわち、0±π/10の範囲内のときは、基準素子7cからの信号の位相と呼吸信号39の位相とは合致している。このため、ステップ92において、極小から極大に変化する第2の時間t2を呼気時間teとして認識する。ステップ93において、位相差の平均が180度を中心とした第2の範囲内、すなわち、π±π/10の範囲内のときは、基準素子7cからの信号の位相と呼吸信号39の位相とは反転している。このため、ステップ94において、極大から極小に変化する第1の時間t1を呼気時間teとして認識する。   In step 73 of FIG. 2, in the control unit 20, the second analysis function 22 identifies that one of the first time t1 and the second time t2 is the expiration time for each sampling time. FIG. 7 shows the identifying step 73 in more detail. In step 91, when the average value of the phase difference is within the first range centered on zero, that is, within the range of 0 ± π / 10, the phase of the signal from the reference element 7c and the phase of the respiratory signal 39 are Are in agreement. Therefore, in step 92, the second time t2 that changes from the minimum to the maximum is recognized as the expiration time te. In step 93, when the average of the phase difference is in the second range centered on 180 degrees, that is, in the range of π ± π / 10, the phase of the signal from the reference element 7c and the phase of the respiratory signal 39 are Is inverted. Therefore, in step 94, the first time t1 changing from the maximum to the minimum is recognized as the expiration time te.

さらに、第2の解析機能22は、位相差の平均値が上記の範囲に含まれない場合は、呼気と吸気とを、第1の時間の平均値t1aと、第2の時間の平均値t2aの大小により判断する。ステップ95において、第1の時間の平均値t1aが第2の時間の平均値t2aよりも大きいときは、ステップ96において、第1の時間t1を呼気時間teとして認識する。逆のときは、ステップ97において、第2の時間t2を呼気時間teとして認識する。   Furthermore, when the average value of the phase difference is not included in the above range, the second analysis function 22 performs the expiration and the inspiration, the average value t1a of the first time, and the average value t2a of the second time. Judging by the size of. In step 95, when the average value t1a of the first time is larger than the average value t2a of the second time, in step 96, the first time t1 is recognized as the expiration time te. In the opposite case, in step 97, the second time t2 is recognized as the expiration time te.

さらに、第2の解析機能22は、ステップ98において、位相差により求められた呼気時間teと、その反対側の吸気時間tiとの比を求める。吸気時間tiが呼気時間teの1.5倍以上であると、胸部の位置が上記の仮定とずれていると判断し、ステップ99において呼気時間と吸気時間とを入れ替える処理を行う。例えば、センサーシート2の敷設位置がずれていたり、ユーザの就寝位置がずれていることが考えられる。   Further, in step 98, the second analysis function 22 obtains a ratio between the expiration time te obtained from the phase difference and the inspiration time ti on the opposite side. If the inspiratory time ti is 1.5 times or more of the expiratory time te, it is determined that the position of the chest is different from the above assumption, and in step 99, a process of switching the expiratory time and the inspiratory time is performed. For example, it is conceivable that the laying position of the sensor sheet 2 is shifted or the user's sleeping position is shifted.

制御ユニット20は、図2に示すステップ74において、出力機能24から、第1の時間の平均値t1aおよび第2の時間の平均値t1aのいずれか一方を、第2の解析機能22の解析結果に基づき、呼気時間の平均値teaとして出力する。出力機能24は、メモリ25に格納された呼気時間teaのさらに、5分単位の平均値を算出して出力することも可能である。5分単位の平均値とは、ある時刻t0の呼気時間teを、その時刻t0から5分前から得られた複数の呼気時間teの平均値として求めることを示しており、5分に一回だけ有意なデータが得られるということではない。平均化する時間は5分に限定されない。ノイズを除去できる程度の時間であれば良い。PSG法においては、脳波データを5分毎に周波数解析を行う。このため、5分間の平均値を計算することはPSG法と比較する上では意味がある。   In step 74 shown in FIG. 2, the control unit 20 outputs either the first time average value t1a or the second time average value t1a from the output function 24 as the analysis result of the second analysis function 22. Is output as an average expiration time tea. The output function 24 can also calculate and output an average value in units of 5 minutes of the expiration time tea stored in the memory 25. The average value in units of 5 minutes indicates that the expiration time te at a certain time t0 is obtained as an average value of a plurality of expiration times te obtained 5 minutes before that time t0. It does not mean that only significant data can be obtained. The averaging time is not limited to 5 minutes. It is sufficient that the time is sufficient to remove noise. In the PSG method, EEG data is subjected to frequency analysis every 5 minutes. For this reason, calculating the average value for 5 minutes is meaningful in comparison with the PSG method.

ステップ75において、第3の解析機能23により、呼気時間teの5分間平均値teaに基づき睡眠状態を段階値で推定する。睡眠段階の推定には、呼気時間teのみならず、上記の特許文献に開示されている各パラメータを合わせて用いることが可能である。呼気時間teaの判断には、平均値そのものを使う方法と、標準化した数値を使う方法とがある。本明細書において標準化とは、ある時間の平均値Aと標準偏差Bにより5分単位のi番目の値tea(i)を以下の式(1)で加工(換算)することである。
(tea(i)−A)/B ・・・(1)
In step 75, the third analysis function 23 estimates the sleep state as a step value based on the 5-minute average value tea of the expiration time te. For estimating the sleep stage, it is possible to use not only the expiration time te but also the parameters disclosed in the above patent documents. The determination of the expiration time tea includes a method using an average value itself and a method using a standardized numerical value. In this specification, standardization means that the i-th value tea (i) in units of 5 minutes is processed (converted) by the following formula (1) using an average value A and a standard deviation B for a certain time.
(Tea (i) -A) / B (1)

このように標準化された値の睡眠中の通常の(平均的な)値(基準値)は0である。標準化を進めた換算は、一回(一晩)の睡眠の平均値Aおよび標準偏差Bを使用することである。特定のユーザに対して解析ユニット28が繰り返し使用されている状況であれば、そのユーザの過去のデータに基づき、複数回の睡眠の平均的な値を使用することができる。一方、初期設定されたとき、あるいは個別なユーザに対しては、最初から標準化しようとするとリアルタイムな推定値を得ることができない。したがって、一般的な値を基準値として設定し、数時間程度経過した段階で標準化された値による判断に移行することが望ましい。   The normal (average) value (reference value) during sleep of the value thus standardized is zero. The standardized conversion is to use the average value A and standard deviation B of sleep (overnight). If the analysis unit 28 is repeatedly used for a specific user, an average value of a plurality of sleeps can be used based on the past data of the user. On the other hand, when it is initially set or for an individual user, a real-time estimated value cannot be obtained if an attempt is made to standardize from the beginning. Therefore, it is desirable to set a general value as a reference value and shift to a determination based on a standardized value after a few hours have passed.

呼気時間の平均値teaの標準化値Te(秒)に基づき睡眠段階を判断する方法の一例は以下の通りである。
Te<−0.5s ・覚醒またはレム睡眠
−0.5s≦Te<0.8s ・・浅いノンレム睡眠
0.8s≦Te ・・・・・・・深いノンレム睡眠
An example of a method for determining the sleep stage based on the standardized value Te (second) of the average value tea of the expiration time is as follows.
Te <−0.5s ・ Awakening or REM sleep −0.5s ≦ Te <0.8s ・ ・ Shallow non-REM sleep 0.8s ≦ Te ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Deep non-REM sleep

呼気時間の平均値tea(秒)から一般的な値に基づき睡眠段階を判断する方法の一例は以下の通りである。
tea<2.2s ・覚醒またはレム睡眠
2.2s≦tea<3.2s ・浅いノンレム睡眠
3.2s≦tea ・・・・・・深いノンレム睡眠
An example of a method for determining the sleep stage based on a general value from the average value tea (second) of the expiration time is as follows.
tea <2.2s ・ Awakening or REM sleep 2.2s ≦ tea <3.2s ・ Shallow non-REM sleep 3.2s ≦ tea ・ ・ ・ ・ ・ ・ Deep non-REM sleep

ステップ76では、出力インターフェイス27から、睡眠段階の推定された値を出力する。したがって、ステップ77において環境制御機能30は、睡眠初期においては、深いノンレム睡眠に導くように環境を制御し、寝起きの段階であれば、覚醒またはレム睡眠のときに合わせて起きるように環境を制御することなど、ユーザの睡眠状態に合わせた処理を行うことができる。   In step 76, the estimated value of the sleep stage is output from the output interface 27. Therefore, in step 77, the environment control function 30 controls the environment so as to lead to deep non-REM sleep in the early stage of sleep, and controls the environment so that it will occur at the time of awakening or REM sleep at the stage of waking up. It is possible to perform processing in accordance with the user's sleep state, such as to do.

なお、図2に示したフローチャートでは、ステップ71、72および73がシリーズで行われるようになっているが、これらの処理はメモリ25をバッファとして用いているので、それぞれの処理を独立したタイミングで実行することが可能である。したがって、ユーザの睡眠段階を殆ど遅れなく、リアルタイムで出力することが可能である。   In the flowchart shown in FIG. 2, steps 71, 72 and 73 are performed in series. However, since these processes use the memory 25 as a buffer, each process is performed at an independent timing. It is possible to execute. Therefore, it is possible to output the user's sleep stage in real time with almost no delay.

図8に、呼吸信号から得られる幾つかの情報と、脳波(EEG)の低周波成分(δ波成分)との相関の有無を示している。縦軸は、信号強度であり、単に増減の傾向を示しているにすぎない。呼吸時間の5分平均tbaおよび吸気時間の5分平均tiaの変化は小さく、EEGの低周波成分との相関は積極的に認められない。これに対し、呼気時間の5分平均teaの変化は比較的大きく、EEGの低周波成分との間に安定した相関関係が認められる。   FIG. 8 shows the presence or absence of correlation between some information obtained from the respiratory signal and the low frequency component (δ wave component) of the electroencephalogram (EEG). The vertical axis represents the signal intensity and merely shows a tendency to increase or decrease. Changes in the 5-minute average tba of the breathing time and the 5-minute average tia of the inspiratory time are small, and no correlation with the low frequency component of the EEG is positively recognized. On the other hand, the change in the 5-minute average tea of the expiration time is relatively large, and a stable correlation is recognized with the low frequency component of the EEG.

図9から図11は、さらに、標準化したデータで相関関係を示したものである。図9は、呼気時間の5分間平均値の標準化値Teと、EEGの低周波成分の標準化値(δ波成分のスペクトルの振幅成分の5分間加算値、図10および図11についても同様)とを示している。呼気時間の標準化値TeとEEGの低周波成分との増減の傾向はほぼ一致している。特に、睡眠初期において良い相関が見られる。したがって、適当な閾値を設定することによりEEGの低周波成分と同様に睡眠段階を示唆するデータとして利用できることが分かる。   FIG. 9 to FIG. 11 further show the correlation using standardized data. FIG. 9 shows the standardized value Te of the 5-minute average value of the expiration time, the standardized value of the low frequency component of EEG (the 5-minute addition value of the amplitude component of the spectrum of the δ wave component, the same applies to FIGS. 10 and 11). Is shown. The tendency of increase / decrease in the standardized value Te of the expiration time and the low frequency component of the EEG is almost the same. In particular, a good correlation is seen in the early stages of sleep. Therefore, it can be seen that by setting an appropriate threshold value, it can be used as data suggesting the sleep stage in the same manner as the low frequency component of EEG.

これに対し、図10は、5分間の平均呼吸数の標準化値と、EEGの低周波成分とを示している。増減などの関係に法則性を見出すことが難しい。図11は、5分間の平均呼気時間と平均吸気時間との比の標準化値と、EEGの低周波成分とを示している。この図においても、増減などの関係に法則性を見出すことが難しい。   On the other hand, FIG. 10 shows the standardized value of the average respiratory rate for 5 minutes and the low frequency component of EEG. It is difficult to find a law in relation to increase / decrease. FIG. 11 shows the standardized value of the ratio of the average expiratory time to the average inspiratory time for 5 minutes and the low frequency component of EEG. Also in this figure, it is difficult to find a law property in relation to increase / decrease.

図12に、PSG法により得られた睡眠段階と、上記の解析ユニット28により得られた睡眠段階とを比較して示している。図12(a)はPSG法により得られた睡眠段階を示している。レム(REM)睡眠は、急速眼球運動(Rapid Eye Movement)の見られる睡眠である。脳波は比較的早いθ波が主体となる。人間では、6〜8時間の睡眠のうち、1時間半〜2時間をレム睡眠が占めるといわれている。   FIG. 12 shows a comparison between the sleep stage obtained by the PSG method and the sleep stage obtained by the analysis unit 28 described above. FIG. 12A shows a sleep stage obtained by the PSG method. REM sleep is sleep in which rapid eye movement is observed. The electroencephalogram is mainly a relatively fast θ wave. In humans, it is said that REM sleep occupies 1 hour and a half to 2 hours out of 6 to 8 hours of sleep.

ステージ1(S1)〜ステージ4(S4)はまとめてノンレム睡眠と呼ばれている。ステージ1(S1)は、傾眠状態であり、脳波上、覚醒時にみられたα波が減少し、低振幅の電位がみられる。ステージ2(S2)は、脳波上、睡眠紡錘(sleep spindle)がみられる段階である。ステージ3(S3)は、低周波のδ波が増える段階であり、20%〜50%程度である。ステージ4(S4)は、δ波が50%以上の段階である。   Stage 1 (S1) to stage 4 (S4) are collectively called non-REM sleep. Stage 1 (S1) is in a somnolence state. On the brain wave, the α wave observed at awakening decreases, and a low-amplitude potential is observed. Stage 2 (S2) is a stage where a sleep spindle is observed on the electroencephalogram. Stage 3 (S3) is a stage in which low-frequency δ waves increase, and is about 20% to 50%. Stage 4 (S4) is a stage in which the δ wave is 50% or more.

図12(b)は、標準化値Teに対して、上述した判断基準を当てはめた状態を示している。図12(c)は、解析ユニット28から出力される睡眠段階を示している。PSG法により得られる睡眠段階とほぼ一致し、睡眠段階を精度良く判断できていることが分かる。   FIG. 12B shows a state in which the above-described determination criterion is applied to the standardized value Te. FIG. 12C shows the sleep stage output from the analysis unit 28. It can be seen that the sleep stage obtained by the PSG method almost coincides with the sleep stage and that the sleep stage can be accurately determined.

上記に示した解析ユニット28および解析方法は、呼吸信号に含まれる呼気時間の増減が脳波の低周波成分の増減と相関性が高いことに基づき、呼気時間を脳波の低周波成分と関連付けして判断することにより睡眠段階を判断している。その結果、上記のように、呼吸信号により、睡眠段階をPSG法に匹敵する精度で得ることができる。また、睡眠状態を推定するための入力情報は呼吸信号で良いので、本発明にかかる装置、システムおよび方法においては、就寝者に電極などを取り付ける必要はなく、就寝者の拘束を低減できる。したがって、より快適な睡眠を提供するシステムを提供できる。   The analysis unit 28 and the analysis method described above associate the expiration time with the low frequency component of the electroencephalogram based on the fact that the increase and decrease of the expiration time included in the respiratory signal is highly correlated with the increase and decrease of the low frequency component of the electroencephalogram. By judging, the sleep stage is judged. As a result, as described above, the sleep stage can be obtained with an accuracy comparable to that of the PSG method using the respiratory signal. In addition, since the input information for estimating the sleep state may be a respiratory signal, in the apparatus, system and method according to the present invention, it is not necessary to attach an electrode or the like to the sleeper, and the sleeper's restraint can be reduced. Therefore, a system that provides more comfortable sleep can be provided.

呼気時間により睡眠状態を精度良く推定できるが、呼吸信号には上記特許文献などに開示されているように呼吸回数などの睡眠に関連していると考えられている多くの情報を含む。したがって、呼気時間に加えて、呼吸信号に含まれる他の要素を、睡眠状態の判断要素として加えたり、睡眠の推移により判断の主要素を選択したりすることにより、さらに睡眠状態の推定精度を向上できる可能性がある。   Although the sleep state can be accurately estimated from the expiration time, the respiration signal includes a lot of information that is considered to be related to sleep such as the number of breaths as disclosed in the above-mentioned patent document. Therefore, in addition to the expiration time, other factors included in the respiratory signal can be added as a sleep state determination element, or the main element of the determination can be selected based on the transition of sleep. There is a possibility of improvement.

寝室用のホームシステムの概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the home system for bedrooms. 呼気時間を取得して、解析する方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the method of acquiring and analyzing an expiration time. 図3(a)は呼吸信号の一例、図3(b)はショルダーを備えた呼吸信号の例。FIG. 3A shows an example of a respiratory signal, and FIG. 3B shows an example of a respiratory signal having a shoulder. 統計処理のさらに具体的な処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the more specific process of a statistical process. センサーシートに荷重が加わっている様子を示す図。The figure which shows a mode that the load is added to the sensor sheet | seat. 呼吸信号と、感圧素子からの信号の一例。An example of a respiratory signal and a signal from a pressure sensitive element. 識別処理のさらに具体的な処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the more specific process of an identification process. 呼吸信号に含まれる幾つかの情報と、脳波の低周波成分との相関を示す図。The figure which shows the correlation with some information contained in a respiration signal, and the low frequency component of an electroencephalogram. 平均呼気時間とEEG低周波成分との相関を示す図。The figure which shows the correlation with an average expiration time and an EEG low frequency component. 平均呼吸回数とEEG低周波成分との相関を示す図。The figure which shows the correlation with an average respiration frequency and an EEG low frequency component. 呼気時間/吸気時間とEEG低周波成分との相関を示す図。The figure which shows the correlation with the expiration time / inhalation time and an EEG low frequency component. 図12(a)はPSG法により求められた睡眠段階、図12(b)は呼気時間の変動、図12(c)は上記の解析方法で得られた睡眠段階をそれぞれ示す。12A shows a sleep stage obtained by the PSG method, FIG. 12B shows a change in expiration time, and FIG. 12C shows a sleep stage obtained by the above analysis method.

符号の説明Explanation of symbols

2 センサーシート、 3 情報処理ユニット、 7 感圧素子
10 生体情報検出ユニット、 20 寝室用の制御ユニット
28 解析ユニット、 30 環境制御ユニット
50 寝室用のホームシステム
2 sensor sheet, 3 information processing unit, 7 pressure sensitive element 10 biological information detection unit, 20 control unit for bedroom 28 analysis unit, 30 environment control unit 50 home system for bedroom

Claims (13)

複数の呼吸サイクルを含む呼吸信号を取得する手段と、
前記複数の呼吸サイクルに含まれる極大から極小までの第1の時間と、極小から極大までの第2の時間とを分離し、所定の時間または所定のサイクル数をサンプリング単位として、前記第1の時間、前記第2の時間および/またはそれらに関連する値の統計量をメモリに記録する手段と、
前記サンプリング単位で、前記統計量に基づき、前記第1の時間および前記第2の時間のいずれか一方が呼気時間であると識別する手段と、
前記第1の時間の統計量および前記第2の時間の統計量のいずれか一方を前記呼気時間の統計量として出力する手段とを有する、解析装置。
Means for obtaining a respiratory signal comprising a plurality of respiratory cycles;
The first time from the local maximum to the local minimum included in the plurality of breathing cycles and the second time from the local minimum to the local maximum are separated, and the predetermined time or the predetermined number of cycles is used as a sampling unit. Means for recording a statistic of time, said second time and / or values associated therewith in a memory;
Means for identifying in the sampling unit that one of the first time and the second time is an expiration time based on the statistic;
An analysis apparatus comprising: means for outputting one of the first time statistic and the second time statistic as the expiration time statistic.
請求項1において、前記取得する手段は、横になった状態のユーザの荷重変化を検出可能なように所定の分布で配置され、前記ユーザからの荷重または振動に対応した信号を出力する複数の検出素子を含むセンサーユニットの検出結果に基づく前記呼吸信号とともに、前記複数の検出素子の信号のうち、前記ユーザの胸部下となる可能性の高い複数の胸部検出素子の信号を少なくとも取得し、
前記記録する手段は、前記サンプリング単位で、前記複数の胸部検出素子のそれぞれからの信号の振幅の統計量の中で、最大の振幅の信号を出力した胸部検出素子を基準素子として選択し、前記基準素子の信号と前記呼吸信号との位相差の統計量をメモリに記録し、
前記識別する手段は、前記位相差の統計量がゼロを中心とした第1の範囲内のときは、前記第1の時間および前記第2の時間の一方を前記呼気時間として認識し、前記位相差の統計量が180度を中心とした第2の範囲内のときは、前記第1の時間および前記第2の時間の他方を前記呼気時間として認識する、解析装置。
In Claim 1, the said acquisition means is arrange | positioned by predetermined distribution so that the change of a user's load of a lying state can be detected, The several signal which outputs the signal corresponding to the load or vibration from the said user is output. Along with the respiratory signal based on the detection result of the sensor unit including the detection element, among the signals of the plurality of detection elements, obtain at least signals of a plurality of chest detection elements that are likely to be under the chest of the user,
The means for recording selects, as the reference element, a chest detection element that outputs a signal having the maximum amplitude among the amplitude statistics of the signals from each of the plurality of chest detection elements in the sampling unit, Record the statistic of the phase difference between the reference element signal and the respiratory signal in memory,
The means for recognizing recognizes one of the first time and the second time as the expiration time when the statistic of the phase difference is within a first range centered on zero, An analyzer that recognizes the other of the first time and the second time as the expiration time when the statistical amount of the phase difference is within a second range centered on 180 degrees.
請求項2において、前記識別する手段は、前記位相差の統計量が、前記第1の範囲および第2の範囲に含まれず、前記サンプリング単位で、前記第1の時間の統計量が前記第2の時間の統計量よりも長いときは、前記第1の時間を前記呼気時間として認識し、前記第1の時間の統計量が前記第2の時間の統計量よりも短いときは、前記第2の時間を前記呼気時間として認識する、解析装置。   3. The identifying unit according to claim 2, wherein the phase difference statistic is not included in the first range and the second range, and the first time statistic is the second unit in the sampling unit. The first time is recognized as the expiration time, and when the first time statistic is shorter than the second time statistic, the second time An analysis device for recognizing the time as the expiration time. 請求項1において、前記識別する手段は、前記サンプリング単位で、前記第1の時間の統計量が前記第2の時間の統計量よりも長いときは、前記第1の時間を前記呼気時間として認識し、前記第1の時間の統計量が前記第2の時間の統計量よりも短いときは、前記第2の時間を前記呼気時間として認識する、解析装置。   2. The identification means according to claim 1, wherein the first time is recognized as the expiration time when the statistical amount of the first time is longer than the statistical amount of the second time in the sampling unit. When the statistic of the first time is shorter than the statistic of the second time, the analyzer recognizes the second time as the expiration time. 請求項1に記載の解析装置と、
前記センサーユニットとを有する、生体監視システム。
An analysis device according to claim 1;
A biological monitoring system comprising the sensor unit.
請求項5において、前記呼気時間の統計量の増減を、脳波の低周波成分の強度の増減に対応する第1の要素として判断要素に含めて睡眠状態を推定し、推定された値を出力する手段をさらに有する、生体監視システム。   6. The sleep state is estimated by including the increase / decrease in expiration time statistics as a first element corresponding to the increase / decrease in the intensity of the low frequency component of the electroencephalogram, and the estimated value is output. A biological monitoring system further comprising means. 請求項5に記載の生体監視システムと、
前記解析装置から出力される前記呼気時間の統計量の増減を、脳波の低周波成分の強度の増減に対応する第1の要素として判断要素に含めて睡眠状態を推定し、生活環境の少なくとも一部を制御する装置とを有する、環境制御システム。
A living body monitoring system according to claim 5;
An increase / decrease in the expiration time statistic output from the analysis device is included in the determination element as a first element corresponding to an increase / decrease in the intensity of the low frequency component of the electroencephalogram to estimate the sleep state, and at least one of the living environments And an environment control system.
複数の呼吸サイクルを含む呼吸信号を取得することと、
前記複数の呼吸サイクルに含まれる極大から極小までの第1の時間と、極小から極大までの第2の時間とを分離し、所定の時間または所定のサイクル数をサンプリング単位として、前記第1の時間、前記第2の時間および/またはそれらに関連する値の統計量を計算し、それら統計量をメモリに記録することと、
前記サンプリング単位で、前記統計量に基づき、前記第1の時間および前記第2の時間のいずれか一方が呼気時間であると識別することと、
前記第1の時間の統計量および前記第2の時間の統計量のいずれか一方を前記呼気時間の統計量として出力することとを有する、解析方法。
Acquiring a respiratory signal including multiple respiratory cycles;
The first time from the local maximum to the local minimum included in the plurality of breathing cycles and the second time from the local minimum to the local maximum are separated, and the predetermined time or the predetermined number of cycles is used as a sampling unit. Calculating statistics of time, said second time and / or values associated therewith, and recording those statistics in memory;
Identifying one of the first time and the second time as expiration time based on the statistics in the sampling unit;
And outputting either one of the first time statistic and the second time statistic as the expiration time statistic.
請求項8において、前記取得する工程では、横になった状態のユーザの荷重変化を検出可能なように所定の分布で配置され、前記ユーザからの荷重または振動に対応した信号を出力する複数の検出素子を含むセンサーユニットの検出結果に基づく前記呼吸信号とともに、前記複数の検出素子の信号のうち、前記ユーザの胸部下となる可能性の高い複数の胸部検出素子の信号を少なくとも取得し、
前記記録する工程では、前記サンプリング単位で、前記複数の胸部検出素子のそれぞれからの信号の振幅の統計量の中で、最大の振幅の信号を出力した胸部検出素子を基準素子として選択し、前記基準素子の信号と前記呼吸信号との位相差の統計量をメモリに記録し、
前記識別する工程では、前記位相差の統計量がゼロを中心とした第1の範囲内のときは、前記第1の時間および前記第2の時間の一方を前記呼気時間として認識し、前記位相差の統計量が180度を中心とした第2の範囲内のときは、前記第1の時間および前記第2の時間の他方を前記呼気時間として認識する、解析方法。
9. The acquisition step according to claim 8, wherein the obtaining step includes a plurality of signals arranged in a predetermined distribution so as to detect a load change of the user in a lying state and outputting a signal corresponding to the load or vibration from the user. Along with the respiratory signal based on the detection result of the sensor unit including the detection element, among the signals of the plurality of detection elements, obtain at least signals of a plurality of chest detection elements that are likely to be under the chest of the user,
In the recording step, in the sampling unit, the chest detection element that outputs a signal having the maximum amplitude among the amplitude statistics of the signals from each of the plurality of chest detection elements is selected as a reference element, and Record the statistics of the phase difference between the reference element signal and the respiratory signal in memory
In the identifying step, when the statistic of the phase difference is within a first range centered on zero, one of the first time and the second time is recognized as the expiration time, The analysis method of recognizing the other of the first time and the second time as the expiration time when the statistical amount of the phase difference is within a second range centered on 180 degrees.
請求項9において、前記識別する工程では、前記位相差の統計量が、前記第1の範囲および前記第2の範囲に含まれず、前記サンプリング単位で、前記第1の時間の統計量が前記第2の時間の統計量よりも長いときは、前記第1の時間を前記呼気時間として認識し、前記第1の時間の統計量が前記第2の時間の統計量よりも短いときは、前記第2の時間を前記呼気時間として認識する、解析方法。   10. The identifying step according to claim 9, wherein the phase difference statistic is not included in the first range and the second range, and the first time statistic is the first unit in the sampling unit. The first time is recognized as the expiration time, and when the first time statistic is shorter than the second time statistic, the first time is recognized as the expiration time. 2. An analysis method for recognizing time 2 as the expiration time. 請求項8において、前記識別する工程では、前記サンプリング単位で、前記第1の時間の統計量が前記第2の時間の統計量よりも長いときは、前記第1の時間を前記呼気時間として認識し、前記第1の時間の統計量が前記第2の時間の統計量よりも短いときは、前記第2の時間を前記呼気時間として認識する、解析方法。   9. The identifying step according to claim 8, wherein the first time is recognized as the expiration time when the statistical amount of the first time is longer than the statistical amount of the second time in the sampling unit. Then, when the statistic of the first time is shorter than the statistic of the second time, the analysis method recognizes the second time as the expiration time. 複数の呼吸サイクルを含む呼吸信号を取得することと、
前記複数の呼吸サイクルに含まれる極大から極小までの第1の時間と、極小から極大までの第2の時間とを分離し、所定の時間または所定のサイクル数をサンプリング単位として、前記第1の時間、前記第2の時間および/またはそれらに関連する値の統計量を計算し、それら統計量をメモリに記録することと、
前記サンプリング単位で、前記統計量に基づき、前記第1の時間および前記第2の時間のいずれか一方が呼気時間であると識別することと、
前記第1の時間の統計量および前記第2の時間の統計量のいずれか一方を前記呼気時間の統計量とし、前記呼気時間の統計量の増減を、脳波の低周波成分の強度の増減に対応する第1の要素として判断要素に含めて睡眠状態を推定して出力することとを有する、方法。
Acquiring a respiratory signal including multiple respiratory cycles;
The first time from the local maximum to the local minimum included in the plurality of breathing cycles and the second time from the local minimum to the local maximum are separated, and the predetermined time or the predetermined number of cycles is used as a sampling unit. Calculating statistics of time, said second time and / or values associated therewith, and recording those statistics in memory;
Identifying one of the first time and the second time as expiration time based on the statistics in the sampling unit;
One of the first time statistic and the second time statistic is used as the expiration time statistic, and the increase / decrease in the expiration time statistic is an increase / decrease in the intensity of the low frequency component of the electroencephalogram. A method including estimating and outputting a sleep state included in a determination element as a corresponding first element.
複数の呼吸サイクルを含む呼吸信号を取得することと、
前記複数の呼吸サイクルに含まれる極大から極小までの第1の時間と、極小から極大までの第2の時間とを分離し、所定の時間または所定のサイクル数をサンプリング単位として、前記第1の時間、前記第2の時間および/またはそれらに関連する値の統計量を計算し、それら統計量をメモリに記録することと、
前記サンプリング単位で、前記統計量に基づき、前記第1の時間および前記第2の時間のいずれか一方が呼気時間であると識別することと、
前記第1の時間の統計量および前記第2の時間の統計量のいずれか一方を前記呼気時間の統計量とし、前記呼気時間の統計量の増減を、脳波の低周波成分の強度の増減に対応する第1の要素として判断要素に含めて睡眠状態を推定して生活環境の少なくとも一部を制御することとを有する、方法。
Acquiring a respiratory signal including multiple respiratory cycles;
The first time from the local maximum to the local minimum included in the plurality of breathing cycles and the second time from the local minimum to the local maximum are separated, and the predetermined time or the predetermined number of cycles is used as a sampling unit. Calculating statistics of time, said second time and / or values associated therewith, and recording those statistics in memory;
Identifying one of the first time and the second time as expiration time based on the statistics in the sampling unit;
One of the first time statistic and the second time statistic is used as the expiration time statistic, and the increase / decrease in the expiration time statistic is an increase / decrease in the intensity of the low frequency component of the electroencephalogram. Including at least a part of the living environment by estimating a sleep state included in the determination element as a corresponding first element.
JP2006251503A 2006-09-15 2006-09-15 Apparatus and method capable of outputting expiration time Expired - Fee Related JP4993980B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006251503A JP4993980B2 (en) 2006-09-15 2006-09-15 Apparatus and method capable of outputting expiration time

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006251503A JP4993980B2 (en) 2006-09-15 2006-09-15 Apparatus and method capable of outputting expiration time

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008068019A true JP2008068019A (en) 2008-03-27
JP4993980B2 JP4993980B2 (en) 2012-08-08

Family

ID=39290137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006251503A Expired - Fee Related JP4993980B2 (en) 2006-09-15 2006-09-15 Apparatus and method capable of outputting expiration time

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4993980B2 (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008068018A (en) * 2006-09-15 2008-03-27 Institute Of National Colleges Of Technology Japan Apparatus and method for outputting result of estimation of biological state
WO2010119763A1 (en) * 2009-04-14 2010-10-21 Sharp Kabushiki Kaisha Method and system for respiratory phase classification using explicit labeling with label verification
JPWO2010107092A1 (en) * 2009-03-18 2012-09-20 アイシン精機株式会社 Biological parameter monitoring method, computer program, and biological parameter monitoring apparatus
JP2012532703A (en) * 2009-07-16 2012-12-20 レスメド・リミテッド Sleep state detection
JP2015109964A (en) * 2013-11-11 2015-06-18 株式会社電通サイエンスジャム Emotion estimation device, emotion estimation processing system, emotion estimation method, and emotion estimation program
JP2017164397A (en) * 2016-03-18 2017-09-21 国立大学法人電気通信大学 Sleep stage determination method, sleep stage determination apparatus, and sleep stage determination program
JP2020073109A (en) * 2016-03-18 2020-05-14 国立大学法人電気通信大学 Sleep stage determination method, sleep stage determination device, and sleep stage determination program
JP2020073108A (en) * 2016-03-18 2020-05-14 国立大学法人電気通信大学 Sleep stage determination method, sleep stage determination device and sleep stage determination program
JP2021048961A (en) * 2019-09-24 2021-04-01 カシオ計算機株式会社 Sleep state estimation apparatus, sleep state estimation method and program
WO2022224599A1 (en) * 2021-04-20 2022-10-27 東洋紡株式会社 Biological information measuring garment for quadruped, garment type biological information measuring device for quadruped, abnormal respiration detection method for quadruped, and abnormal respiration detection device for quadruped
KR20230145837A (en) * 2022-04-11 2023-10-18 주식회사 뉴마핏 A device and method for analysing breath

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62277968A (en) * 1986-05-27 1987-12-02 八木 寛 Biofeed bag apparatus
JP2001190677A (en) * 2000-01-14 2001-07-17 Matsushita Electric Works Ltd Relax inducing apparatus
JP2002301047A (en) * 2001-04-04 2002-10-15 Mitsubishi Electric Corp Respiratory guidance device
JP2004024684A (en) * 2002-06-27 2004-01-29 Denso Corp Testing apparatus of apnea syndrome
JP2005319256A (en) * 2004-05-07 2005-11-17 Toyama Prefecture Evaluation of parasympathetic nerve activity

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62277968A (en) * 1986-05-27 1987-12-02 八木 寛 Biofeed bag apparatus
JP2001190677A (en) * 2000-01-14 2001-07-17 Matsushita Electric Works Ltd Relax inducing apparatus
JP2002301047A (en) * 2001-04-04 2002-10-15 Mitsubishi Electric Corp Respiratory guidance device
JP2004024684A (en) * 2002-06-27 2004-01-29 Denso Corp Testing apparatus of apnea syndrome
JP2005319256A (en) * 2004-05-07 2005-11-17 Toyama Prefecture Evaluation of parasympathetic nerve activity

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008068018A (en) * 2006-09-15 2008-03-27 Institute Of National Colleges Of Technology Japan Apparatus and method for outputting result of estimation of biological state
JPWO2010107092A1 (en) * 2009-03-18 2012-09-20 アイシン精機株式会社 Biological parameter monitoring method, computer program, and biological parameter monitoring apparatus
WO2010119763A1 (en) * 2009-04-14 2010-10-21 Sharp Kabushiki Kaisha Method and system for respiratory phase classification using explicit labeling with label verification
JP2012523249A (en) * 2009-04-14 2012-10-04 シャープ株式会社 Respiratory phase classification method and system using explicit labeling with label verification
JP2012532703A (en) * 2009-07-16 2012-12-20 レスメド・リミテッド Sleep state detection
JP2015109964A (en) * 2013-11-11 2015-06-18 株式会社電通サイエンスジャム Emotion estimation device, emotion estimation processing system, emotion estimation method, and emotion estimation program
JP2017164397A (en) * 2016-03-18 2017-09-21 国立大学法人電気通信大学 Sleep stage determination method, sleep stage determination apparatus, and sleep stage determination program
JP2020073109A (en) * 2016-03-18 2020-05-14 国立大学法人電気通信大学 Sleep stage determination method, sleep stage determination device, and sleep stage determination program
JP2020073108A (en) * 2016-03-18 2020-05-14 国立大学法人電気通信大学 Sleep stage determination method, sleep stage determination device and sleep stage determination program
JP2021048961A (en) * 2019-09-24 2021-04-01 カシオ計算機株式会社 Sleep state estimation apparatus, sleep state estimation method and program
WO2022224599A1 (en) * 2021-04-20 2022-10-27 東洋紡株式会社 Biological information measuring garment for quadruped, garment type biological information measuring device for quadruped, abnormal respiration detection method for quadruped, and abnormal respiration detection device for quadruped
KR20230145837A (en) * 2022-04-11 2023-10-18 주식회사 뉴마핏 A device and method for analysing breath
KR102688597B1 (en) * 2022-04-11 2024-07-25 주식회사 뉴마핏 A device and method for analysing breath
KR20240116879A (en) * 2022-04-11 2024-07-30 주식회사 뉴마핏 Apparatus and method for analyzing respiratory characteristics information
KR102868074B1 (en) * 2022-04-11 2025-10-13 주식회사 뉴마핏 Apparatus and method for analyzing respiratory characteristics information

Also Published As

Publication number Publication date
JP4993980B2 (en) 2012-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9833184B2 (en) Identification of emotional states using physiological responses
EP3329845B1 (en) Biological condition determination device
JP6333170B2 (en) System and apparatus for determining a person&#39;s sleep and sleep stage
JP5628147B2 (en) Sleep / wake state evaluation method and system
JP3976752B2 (en) Sleep state estimation apparatus and program
EP3927234B1 (en) A sleep monitoring system and method
JP2020127757A (en) Biological information output device
US20140213937A1 (en) Systems and methods to monitor and quantify physiological stages
US10729333B2 (en) System and method for monitoring physiological activity of a subject
US20140155774A1 (en) Non-invasively determining respiration rate using pressure sensors
KR20180075832A (en) Method and Apparatus for Monitoring Sleep State
JP5070701B2 (en) Method and apparatus for analyzing respiratory signal obtained by changing load of test subject applied to bedding
JP4993980B2 (en) Apparatus and method capable of outputting expiration time
Ferri et al. Quantifying leg movement activity during sleep
Heise et al. Unobtrusively detecting apnea and hypopnea events via a hydraulic bed sensor
JP4868514B2 (en) Apparatus and method for outputting result of estimation of biological state
JP7294707B2 (en) Sleep monitoring capsule and sleep monitoring system
JP7688593B2 (en) Determination device and program
Lokavee et al. Unconstrained detection of respiration rate and efficiency of sleep with pillow-based sensor array
TWI462727B (en) System for determining whether sleep disorders suffered based on classified physiology data and method thereof
JP6775359B2 (en) How to operate the nausea detector and the nausea detector
Gaiduk et al. Non-invasive sleep analysis with intelligent sensors
TW201328661A (en) System for determining extent of sleep disorders based on compared criterion and method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090805

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110930

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111006

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111129

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120125

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120322

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120411

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120508

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150518

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees