睡眠測定装置及び睡眠測定方法
【課題】 マット等が経年劣化したとしても、生体信号の適切な増幅率を簡便に設定することが可能な睡眠測定装置を提供する。
【解決手段】 睡眠測定装置は、水が充填されたマット上に乗った人から、その人の睡眠状態に応じ変化する生体信号を検出して増幅し、この生体信号に基づき睡眠状態を推定する。その増幅に用いる増幅率Ａの設定に際し、先ず、生体信号センサで検出されたマット内圧の静的成分Ｐが取得される（Ｓ１１）。マット内圧はマット内の水の圧力である。このマット内圧の静的成分Ｐから、その値に応じたマット内圧の変動分ΔＶが特定される（Ｓ１２）。マット内圧の変動分ΔＶの各値は、マット内圧の静的成分Ｐを変化させつつ、所定荷重を付加することにより予め得られている。その特定された変動分ΔＶを用いて所定の基準増幅率Ａ０を補正することにより、上記増幅率Ａが算出される（Ｓ１３）。
【解決手段】 睡眠測定装置は、水が充填されたマット上に乗った人から、その人の睡眠状態に応じ変化する生体信号を検出して増幅し、この生体信号に基づき睡眠状態を推定する。その増幅に用いる増幅率Ａの設定に際し、先ず、生体信号センサで検出されたマット内圧の静的成分Ｐが取得される（Ｓ１１）。マット内圧はマット内の水の圧力である。このマット内圧の静的成分Ｐから、その値に応じたマット内圧の変動分ΔＶが特定される（Ｓ１２）。マット内圧の変動分ΔＶの各値は、マット内圧の静的成分Ｐを変化させつつ、所定荷重を付加することにより予め得られている。その特定された変動分ΔＶを用いて所定の基準増幅率Ａ０を補正することにより、上記増幅率Ａが算出される（Ｓ１３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が充填されたマットの上に乗った生体から、この生体の睡眠状態に応じて変化する生体信号を検出して増幅し、増幅された生体信号に基づき睡眠状態を推定する睡眠測定装置及び睡眠測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られたこの種の無呼吸検出装置の一つは、ユーザの睡眠状態における無呼吸を検出するもので、自動利得制御ユニットを備えている。この無呼吸検出装置では、空気を充填したエアマット上に横臥するユーザの身体から、エアマット内部へと伝わってくる圧力変動が、微差圧センサにより生体信号として検出されるようになっている。自動利得制御ユニットは、その検出された生体信号の利得（増幅率）を自動的に調節しつつ、増幅された生体信号を後段に設けられたフィルタへと出力する（特許文献１参照）。
【０００３】
このフィルタは、例えば心拍や呼吸に対応するものである。心拍に対応させたフィルタが心拍信号を抽出し、呼吸に対応させたフィルタが呼吸信号を抽出する。さらに、後の処理で、これらの心拍信号及び呼吸信号の変動パターンから、マット上のユーザがどの睡眠段階にいるか、また、ユーザが無呼吸状態にあるかどうか等が推定される。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２７１１０３号公報（段落００１７、００２０〜００２２、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の自動利得制御ユニットによると、利得の調節が適切に行われないことがあった。つまり、検出される生体信号のうち後段の処理に必要な周波数帯域の信号は、心拍及び呼吸などに対応するものである。ところが、ユーザは睡眠時間内であっても寝返りを打ったりトイレに立ったり、生体信号のうち心拍及び呼吸以外の他の身体の動きによる信号が外乱として働き、この外乱に反応して利得が自動的に調節されてしまうことがあったからである。
【０００６】
また、マット内の圧力は、静的な成分に、動的な成分（マット内圧の変動分）を重ね合わせたものとしてなり、加えて、そのマット内圧の静的成分の大きさが、動的成分の大きさに影響を与えることが確認されている。このマット内圧の静的成分は、製造時におけるマット内の流体の圧力、人体の重さ等によるものであり、マット内圧の動的成分は、心拍、呼吸等の人体の振動によるものである。
【０００７】
ここで、マットは、例えば、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂から構成されるが、このマットが経年劣化等して伸びてきたり、マットの内容物が減少してきたりすると、マット内圧の静的成分がだんだん小さくなってくる。そうすると、このマット内圧の低下は、生体信号の変動幅を小さくする原因ともなる。従来の自動利得制御ユニットでは、どのような原因であるかに関わらず、増幅後の生体信号の値の大きさから利得を調節しているため、この利得の調節によって、生体信号の解析を適正に行うことができない恐れがある。
【０００８】
本発明の目的は、これらの課題を解決できる睡眠測定装置及び睡眠測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る睡眠測定装置は、流体が充填されたマットの上に乗った生体から、この生体の睡眠状態に応じて変化する生体信号を検出して増幅し、増幅された生体信号に基づいて睡眠状態を推定するようになっている。本睡眠測定装置は、検出手段と、特定手段と、算出手段とを備えたことを特徴としている。
検出手段は、マット内の流体の圧力であるマット内圧の静的成分Ｐを検出する。特定手段は、検出手段により検出された静的成分Ｐから、静的成分Ｐの値に応じて変化する、所定荷重の付加時におけるマット内圧の変動分ΔＶを特定する。算出手段は、特定手段により特定された変動分ΔＶを用いて所定の基準増幅率Ａ０を補正することによって、生体信号の増幅に用いる増幅率Ａを算出する。
請求項２に係る睡眠測定装置は、請求項１に係る睡眠測定装置において、マット内圧の静的成分Ｐと、マット内圧の変動分ΔＶとの対応関係を示す参照テーブルを記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする。この場合、上記特定手段は、この記憶手段に記憶された参照テーブルから、上記検出手段によって検出された静的成分Ｐに応じた変動分ΔＶを得るようになっている。
請求項３に係る睡眠測定装置は、請求項１又は請求項２に係る睡眠測定装置において、上記算出手段が次のようになっていることを特徴とする。即ち、算出手段は、基準増幅率Ａ０に対応したマット内圧の変動分である基準変動分ΔＶ０を、上記特定手段により特定された変動分ΔＶで割ることにより補正係数を求め、求められた補正係数を基準増幅率Ａ０に掛けることによって、増幅率Ａを算出する。
請求項４に係る睡眠測定装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に係る睡眠測定装置において、上記検出手段が、生体がマットに乗っていない状態で検出した検出値を、マット内圧の静的成分Ｐとして検出することを特徴する。
請求項５に係る睡眠測定装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に係る睡眠測定装置において、生体信号の低周波数帯域を通過させるローパスフィルタを備えたことを特徴とする。この場合、上記検出手段は、ローパスフィルタを、生体がマットに乗った状態で通過した生体信号を、マット内圧の静的成分Ｐとして検出する。
請求項６に係る睡眠測定装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に係る睡眠測定装置において、上記検出手段が、生体がマットに乗った状態で生体信号の平均値を算出するとともに、算出されたこの平均値を、マット内圧の静的成分Ｐとして検出することを特徴とする。
請求項７に係る睡眠測定装置は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に係る睡眠測定装置において、上記検出手段が、生体がマットに乗った状態で変動するマット内圧を、生体信号として検出することを特徴とする。
請求項８に係る睡眠測定装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に係る睡眠測定装置において、上記検出手段は、流体室と、空気室と、受圧膜と、歪みゲージとを有することを特徴とする。流体室はマットから連続しており、この流体室に流体が充填されている。空気室には空気が充填されている。受圧膜は空気室と流体室との間を仕切っている。歪みゲージは、受圧膜上に設けられており、流体室内における流体の圧力の変動を検出するようになっている。
請求項９に係る睡眠測定方法は、流体が充填されたマットの上に乗った生体から、生体の睡眠状態に応じて変化する生体信号を検出して増幅し、増幅された生体信号に基づいて睡眠状態を推定する。本睡眠測定方法は、（１）マット内の流体の圧力であるマット内圧の静的成分Ｐを検出し、（２）検出された静的成分Ｐから、静的成分Ｐの値に応じて変化する、所定荷重の付加時におけるマット内圧の変動分ΔＶを特定し、（３）特定された変動分ΔＶを用いて所定の基準増幅率Ａ０を補正することによって、生体信号の増幅に用いる増幅率Ａを算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、検出されたマット内圧の静的成分Ｐの値から、その値に応じたマット内圧の変動分（動的成分）の大きさΔＶが特定され、この変動分ΔＶに基づき所定の基準増幅率Ａ０を補正することによって生体信号の増幅率Ａが設定される。そのため、マット等が経年劣化したとしても、生体信号の適切な増幅率が簡便に設定されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
（最良の実施の形態）
本発明の最良の実施の形態である睡眠測定装置につき、その全体構成から先ず説明する。本睡眠測定装置は、ユーザ（生体）の睡眠状態に応じて変化する生体信号を検出して増幅し、この増幅された生体信号に基づきユーザの睡眠状態を推定するようになっている。
【００１２】
本睡眠測定装置は、図１に示すように、寝具１とともに用いられるものであり、マット２と、チューブ３と、睡眠測定装置本体４とを備えている。寝具１上に、睡眠測定の対象となるユーザが横臥しており、その寝具１の下にマット２が敷かれている。チューブ３は、その一端がマット２に繋がれており、また、その他端が、睡眠測定装置本体４に取り付けられた生体信号センサ５に接続されている。マット２及びチューブ３には、水（流体の例。空気等でもよい）が充填されている。これによって、寝具１上のユーザの身体から生じる、心拍（脈拍）、呼吸、その他の身体の動きによる振動が、マット２及びチューブ３を介して、睡眠測定装置本体４内の生体信号センサ５へマット内圧（マット内の水の圧力）の変化として伝えられる。
【００１３】
ここでは、寝具１の下にマット２を敷くものとしているため、ユーザは、間接的にマット２上に乗ることになっているが、寝具１の上にマット２を敷くものとして、ユーザが直接マット２上に横になるようにしてもよい。また、マット２は、枕の上側又は下側に敷くものとしても、枕の形状に成形するものとしてもよい。
【００１４】
睡眠測定装置本体４の生体信号センサ５は、マット内圧を検出するようになっている。この検出されたマット内圧は、ユーザが乗っていない状態において略一定となっており、このマット内圧が、睡眠測定開始時に、睡眠測定装置本体４内の可変増幅器の増幅率の設定に用いられる。これとともに、睡眠測定時には、ユーザがマット２に乗った状態で変動するマット内圧が、睡眠測定装置本体４の後段の処理にて生体信号として扱われる。
【００１５】
この生体信号センサ５は、図２に示すように、接続口５１と、水室５２と、受圧膜５３と、空気室５４と、圧力変動検出部５５とを備える。上述したチューブ３（前図１）は接続口５１に接続されていて、水室５２はマット２から連続したものとなる。水室５２と空気室５４との間は、受圧膜５３により仕切られている。この水室５２内にも水が充填されていて、マット２から水室５２までは、チューブ３を介して水が流動可能なようになっている。空気室５４には空気が充填されており、その室内は例えば１気圧に保たれている。
【００１６】
空気室５４側の受圧膜５３の表面には、圧力変動検出部５５が設けられている。この圧力変動検出部５５は、歪みゲージが組み込まれたホイートストンブリッジ回路を含んでいて、例えば、図３に示す電気回路として構成されている。即ち、同図３のホイートストンブリッジ回路における抵抗Ｒ１〜Ｒ４のうちの抵抗Ｒ１が、圧力変動検出部５５の歪みゲージ５５ａに相当する。この歪みゲージ５５ａが、受圧膜５３の表面に貼り付けられている。圧力変動検出部５５は、同図３のＡＢ間の電圧を差動増幅回路Ｃ１により増幅して、これをセンサ出力Ｖｓとして得る。
【００１７】
マット２、チューブ３及び水室５２内の水を順に介して伝えられる圧力の変動は、受圧膜５３を、前図２に向かって左右へと振動させ、また、同図２の上下に伸縮させる。圧力変動検出部５５の歪みゲージ５５ａが、この圧力変動を検出し、圧力変動検出部５５が、検出された圧力変動を生体信号として、睡眠測定装置本体４内の可変増幅器４１（後述。図９）へと出力するようになっている。図４は、その生体信号（センサ出力Ｖｓ）の例を示している。ここに示す生体信号には、0.8秒前後の周期Ｔとなったユーザの心拍による信号が含まれている。生体信号には、心拍の他に呼吸その他の体動が現れ、これら生体信号は、ユーザの睡眠状態（睡眠段階、睡眠の質）等に応じて変化する。
【００１８】
加えて、この生体信号を表すマット内圧の値は、先述したように、静的成分（オフセット分）に変動分を足し合わせたもので、マット内圧の静的成分の大きさが、マット内圧の変動分の大きさに影響することが実験により確認されている。
【００１９】
即ち、この実験では、図５（ａ）に示すように、基台６１の上にマット６２が置かれ、押圧板６３が、基台６１との間でこのマット６２を挟み込むようになっている。アーム６４の一端は押圧板６３に取り付けられ、アーム６４の他端は円板６５上の一点に取り付けられている。この実験装置で、円板６５を一定の角速度で回転させることにより、押圧板６３が一定周期で上下方向に往復移動するようになっている。
【００２０】
このマット６２には、上記生体信号センサ５と同様のセンサが設けられている。押圧板６３の往復移動に伴い、マット６２に荷重が付加され、そのセンサの出力値が、図５（ｂ）のグラフに示すように正弦波形に近いかたちで変化する。
【００２１】
ここで、センサの出力波形の振幅Ｍは、マット内の水量Ｘによって変化する。水量Ｘを比較的少ない量から段階的に増加させながら、上記実験装置を稼動させて、センサ出力の振幅Ｍを記録していくことによって、マット内の水量Ｘと、振幅Ｍとの関係が得られる。同じ仕様の他の複数のマット６２につき、上述した実験を行ったところ、その実験結果から、複数のマット６２における振幅Ｍの変動量は非常に小さいことが確認されている。
【００２２】
このマット内の水量Ｘと、出力の振幅Ｍとの関係から、図６のグラフに示す、マット内圧の静的成分Ｐ（何も載せていない無加重時のマット内圧）と、マット内圧の変動分ΔＶとの関係が得られることになる。つまり、マット内の水量Ｘはマット内圧の静的成分Ｐと略比例するため、この図６のマット内圧の静的成分Ｐをマット内の推量Ｘに置き換えることができる。また、センサ出力の振幅Ｍはマット内圧の変動分ΔＶを表す指標といえるため、図６のマット内圧の変動分ΔＶをセンサ出力の振幅Ｍに置き換えることができる。
【００２３】
図７、図８は、マット内圧の静的成分Ｐによるマット内圧の変動分ΔＶへの影響を模式的に表している。いま、マット内圧の静的成分が値Ｐ１である場合に、マット内圧の変動分（マット内圧の振幅の大きさ）が値ΔＶ１であるとする。このとき、マット内圧の静的成分Ｐ１（図７（ａ））が、静的成分Ｐ２（図８（ａ））よりも小さければ、静的成分Ｐ１からの変動分ΔＶ１（図７（ｂ））も、静的成分Ｐ２からの変動分ΔＶ２（図８（ｂ））より小さくなるといった関係がある。
【００２４】
即ち、マット内圧の静的成分Ｐが大きいほど、受圧膜が張られることになる。そうであれば、太鼓と同じ原理で、マット内圧の静的成分Ｐが大きなほど、マット内圧の変動分ΔＶが大きくなる。
【００２５】
ところが、このようなマット内圧の静的成分Ｐと、マット内圧の変動分ΔＶとの関係は、マット内圧の静的成分Ｐがある値Ｐ０（図６）よりも小さい場合に限って（Ｐ＜Ｐ０の場合に限り）成り立つ。つまり、受圧膜の伸びには限界があり、受圧膜は、ある程度以上に張られると変形し難くなる。よって、マット内圧の静的成分Ｐが、値Ｐ０よりも大きくなると（Ｐ＞Ｐ０）、マット内圧の静的成分Ｐが大きくなるほど、マット内圧の変動分ΔＶが小さくなっていく。
【００２６】
本発明の特徴の一つは、マット内圧の静的成分Ｐと変動分ΔＶとのこのような関係を用いて、静的成分Ｐから生体信号の増幅率（図９の可変増幅器４１における増幅率Ａ）を自動的に設定する点である。本発明の特徴の他の一つは、生体信号の検出と、増幅率設定に用いるマット内圧の静的成分Ｐの検出とを、同じ一つの生体信号センサ５により行う点である。以下、生体信号の増幅率の設定につき、詳細に説明する。
【００２７】
睡眠測定装置本体４は、図９に示すように、上述した生体信号センサ５以外に、可変増幅器４１、フィルタ４２、増幅器４３、Ａ／Ｄ変換器４４及び制御部４５を有する。可変増幅器４１は、生体信号センサ５から出力された生体信号を増幅するようになっている。
【００２８】
フィルタ４２は、3つのバンドパスフィルタ(ＢＰＦ)等により構成される。これら3つのうちの1つのＢＰＦは、可変増幅器４１より出力された生体信号から、0.5Hz〜2Hzといった周波数帯域の心拍に対応する信号を、心拍信号として抽出するようになっている。他の1つのＢＰＦは、可変増幅器４１より出力された生体信号から、0.2Hz〜1Hz程度の周波数帯域の呼吸に対応する信号を、呼吸信号として抽出するようになっている。さらにもう1つのＢＰＦは、可変増幅器４１より出力された生体信号から、10Hz以上の周波数帯域のその他の身体の動きに対応する信号を、体動信号として抽出する。
【００２９】
増幅器４３は、フィルタ４２にて抽出された心拍信号、呼吸信号及び体動信号を増幅するようになっている。この増幅器４３の増幅率には固定値が用いられる。Ａ／Ｄ変換器４４は、後段の制御部４５における処理のために、増幅器４３から出力された心拍信号、呼吸信号及び体動信号をＡ／Ｄ変換するようになっている。
【００３０】
制御部４５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えており、所定のプログラムを実行することにより、これらＡ／Ｄ変換後の心拍信号、呼吸信号及び体動信号を用いて、ユーザの睡眠状態を推定するようになっている。睡眠状態の推定につき例を挙げるならば、心拍信号から心拍数を算出して、この算出された心拍数がどの値の範囲にあるかによって、睡眠段階（段階１〜４のノンレム睡眠、及び、レム睡眠のいずれか）を判定することが可能である。また、呼吸信号から呼吸数を算出し、算出された呼吸数から、10秒以上の無呼吸が7時間の睡眠中に何回生じているかをカウントすることが可能である。この制御部４５における睡眠状態の推定等は周知の技術であり、その詳細が例えば特開２００４−１１３６１８号公報、特開２００４−１１３３２９号公報等に開示されている。
【００３１】
加えて、制御部４５には、表示部４６、入力部４７及び補助記憶部４８が接続されている。表示部４６は、ユーザの睡眠状態の推定結果を表示するようになっている。入力部４７は、睡眠測定の開始を指示する測定開始ボタン、及び、睡眠測定の終了を指示する測定終了ボタンを含んでいる。
【００３２】
また、補助記憶部４８は、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリやハードディスクドライブ等であり、この補助記憶部４８には、制御部４５が実行するプログラム、そのプログラムで用いるデータ等が記憶されている。特に、図６のマット内圧の静的成分Ｐとマット内圧の変動分ΔＶとの対応関係を示す参照テーブルが、この補助記憶部４８に格納されている。制御部４５は、マット内圧の静的成分Ｐを指定して、これに対応するマット内圧の変動分ΔＶを読み出すことができるようになっている。
【００３３】
制御部４５における可変増幅器４１の増幅率Ａの設定につき、図１０，図１１を用いてより詳細に説明する。図１０は、入力部４７の測定開始ボタンが押下された直後に制御部４５（ＣＰＵ）が実行する睡眠測定処理（睡眠測定プログラム）の流れを示している。
【００３４】
睡眠測定処理のステップ１（以下、ステップをＳと略す）において、制御部４５は、先ず、可変増幅器４１の増幅率Ａを設定するようになっている。この増幅率Ａの設定については後に図１１を用いて説明する。
【００３５】
可変増幅器４１への増幅率Ａの設定後に、入力部４７の測定終了ボタンが押下されたか否かが判定される（Ｓ２）。測定終了ボタンが押下されなかった場合（Ｓ２にてＮＯ）、Ｓ３において生体信号が測定される。即ち、Ａ／Ｄ変換器４４によりＡ／Ｄ変換されて得られた心拍信号、呼吸信号及び体動信号のデジタル値が、例えば0.05秒おきに取得されて、補助記憶部４８に保存されていく。
【００３６】
一方、測定終了ボタンが押下された場合（Ｓ２にてＹＥＳ）、Ｓ４にて睡眠測定の結果が表示される。つまり、制御部４５は、Ｓ３で補助記憶部４８に格納された心拍信号、呼吸信号及び体動信号から、先述したように、睡眠段階を判定し、また無呼吸をカウントし、その結果を表示部４６に表示する。この測定結果の表示の後に、本処理は終了する。
【００３７】
そして、上記Ｓ１に対応する図１１の増幅率設定処理では、制御部４５は、先ず、Ｓ１１で、生体信号センサ５により検出されたマット内圧の静的成分Ｐを取得する。即ち、ここでは、睡眠測定を開始するに当たり、マット２が無加重の状態である必要がある。例えば、表示部４６に、「初期化中です。マットに乗らないで下さい。」といった表示を行わせることが可能である。このような表示によって、増幅率が設定される前の状態で、ユーザがマット２上に乗らないように誘導する。
【００３８】
この無加重の状態での生体信号センサ５のセンサ出力Ｖｓが、マット内圧の静的成分Ｐとして取り込まれる。（センサ出力Ｖｓと、マット内圧とは、略線型の関係にある。）
【００３９】
続いて、Ｓ１２にて、制御部４５は、Ｓ１１で得たマット内圧の静的成分Ｐから、マット内圧の変動分ΔＶを特定する。この変動分ΔＶの値は、静的成分Ｐの値に応じて変化するものであるが、予め行われた実験又はシミュレーション等により静的成分Ｐに対応付けられている。具体的には、制御部４５は、補助記憶部４８上の参照テーブル（図６）から、検出された静的成分Ｐａに応じた変動分ΔＶａを読み出すようになっている。
【００４０】
さらに、制御部４５は、Ｓ１３にて、Ｓ１２で特定されたマット内圧の変動分ΔＶを用いて、所定の基準増幅率Ａ０を補正することにより、可変増幅器４１における増幅率Ａを算出する。この算出について具体的に説明すると、その前提として、マット内圧の静的成分Ｐが値Ｐ０である場合を基準とし、この場合におけるマット内圧の変動分ΔＶを基準変動分ΔＶ０とする（図６）。また、基準増幅率Ａ０を、この場合の増幅率Ａとする。（補助記憶部４８が、これら基準変動分ΔＶ０及び基準増幅率Ａ０を記憶しているものとしてよい。）
【００４１】
いま、Ｓ１２で変動分ΔＶａが得られており、この変動分ΔＶａから、次の数１により、基準増幅率Ａ０に対する補正係数Ｋａが求められる。
【００４２】
【数１】
即ち、マット内圧の基準変動分ΔＶ０を、マット内圧の静的成分Ｐａに応じた変動分ΔＶａで割ることによって、補正係数Ｋａが求められる。この求められた補正係数Ｋａを基準増幅率Ａ０に掛けることによって、可変増幅器４１における増幅率Ａａが算出される。制御部４５は、この得られた増幅率Ａａを可変増幅器４１に設定する。この後、本処理はリターンする。
【００４３】
この増幅率設定処理の直後に、制御部４５は、表示部４６に、次のような表示を行わせるものとしてよい。つまり、「初期化が完了しました。マット上に横になって下さい。」といった表示を行い、この表示により、ユーザがマット２上に横になるように促すのである。
【００４４】
以上のように、本睡眠測定装置では、検出されたマット内圧の静的成分Ｐから、その値に応じたマット内圧の変動分ΔＶの大きさが特定される。そして、この変動分ΔＶに基づいて基準増幅率Ａ０を補正することによって、可変増幅器４１における増幅率Ａが設定される。そのため、マット２が経年劣化して、マット表面に伸びが生じたとしても、マットの内容物が減少したとしても、或いは、気温、高度などによりマット内の流体の静的状態での圧力が変動したとしても、生体信号の適切な増幅率が簡便に設定されることになる。
【００４５】
また、従来の無呼吸検出装置に設けられた自動利得制御ユニットは、専用の付加的な回路からなる。そのため、特開２０００−２７１１０３号公報には明確な記載が無いものの、睡眠測定装置はその付加回路の分だけ複雑な構成及び動作とならざるを得ない。また、この従来の無呼吸検出装置でのように、絶対圧と、微差圧（生体信号）とは、通常、別々のセンサにより測定される。
【００４６】
これらに対して、本発明の睡眠測定装置において、可変増幅器４１の増幅率Ａの設定に係る構成部分は、図９〜図１１に示すように、比較的に簡素なものである。特に、本睡眠測定装置における生体信号センサ５には、２つの機能がある。即ち、可変増幅器４１の増幅率Ａの設定のために絶対圧を測定するという機能と、本来の生体信号を測定するという機能とである。生体信号センサ５のこれら２つの機能は、装置全体の構成の簡素化に大きく役立っている。
【００４７】
（他の実施の形態等）
以上、具体的な実施の形態によって本発明を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することができる。
Ａ． 上記実施の形態において、例えば、マット内圧の静的成分Ｐは、無加重時におけるマット内圧の検出値とした。これとは異なり、ユーザがマットに乗った状態で、マット内圧の静的成分Ｐを得ることが可能である。
【００４８】
つまり、ユーザがマットに乗った状態で生体信号センサ５の変動するセンサ出力Ｖｓからマット内圧の静的成分Ｐを取り出す。これによって、ユーザがマットの上に乗った後か否かを厳密に区分けし、この区分けに応じた制御をする必要があるといったタイミングの問題を解消することが可能である。
【００４９】
具体的には、（ａ）センサ出力Ｖｓにローパスフィルタ（ＬＰＦ）を掛ける手法、及び、（ｂ）センサ出力Ｖｓの平均を取る手法が挙げられる。（ａ）のＬＰＦを用いる手法において、このＬＰＦは、フィルタ４２（図９）を構成する4つ目のフィルタとして設けることができる。ＬＰＦは、低周波数帯域、例えば0.2Hz以下の生体信号を後段へと通過させる。このＬＰＦ通過する生体信号が、マット内圧の静的成分Ｐとして検出され、制御部４５に入力されて、この静的成分Ｐに基づき図１１の増幅率設定処理が行われる。
【００５０】
また、（ｂ）の平均値を取る手法では、生体信号センサ５から出力されて可変増幅器４１（図９）で増幅された生体信号が、適宜、増幅器４３、Ａ／Ｄ変換器４４を介して、制御部４５に入力されるようにしてよい。制御部４５内で、この生体信号の平均値が算出され、算出された平均値がマット内圧の静的成分Ｐとして用いられて、図１１の増幅率設定処理が行われる。
【００５１】
Ｂ． マット内圧の静的成分Ｐに応じたマット内圧の変動分ΔＶの特定は、これらの対応関係を記した参照テーブルによるものとした。これとは異なり、参照テーブルを用いず、図６のグラフのような対応関係を算出式として表し、この算出式にマット内圧の静的成分Ｐを代入することによって、マット内圧の変動分ΔＶを算出することができる。
【００５２】
Ｃ． 生体信号センサ５には、歪みゲージ５５ａ（図３）を用いるものとしたが、半導体歪みゲージを用いてもよい。マット内圧の検出値の精度を上げるために、複数の歪みゲージを生体信号センサ５内の受圧膜５３に貼り付けるようにしてもよく、もちろん、複数の生体信号センサ５を用いてもよい。
【００５３】
Ｄ． １つの生体信号センサ５によって、睡眠測定開始前にマット内圧の静的成分Ｐを検出するとともに、睡眠測定時に生体信号（マット内圧）を検出するものとした。これとは異なり、マット内圧の静的成分Ｐを測定する生体信号センサと、従来から用いられているマイクロホンセンサとの双方を用いてもよい。即ち、マイクロホンセンサに本来の生体信号を検出させるとともに、生体信号センサを、マイクロホンセンサの検出値に対する増幅率を設定するためだけに用いるといったことも可能である。
【００５４】
Ｅ． 歪みゲージ５５ａを、マット２の上面または下面の、例えば、人の胴体の中央近傍の下方に相当する位置に、直接、貼り付けるようにしてもよい。この際、チューブ３は不要となり、生体信号センサ及び睡眠測定装置の構成はより簡素なものとなる。
【００５５】
Ｆ． 参照テーブルは、マット内圧の静的成分Ｐと、変動分ΔＶとの対応関係を示すものとした。これに代えて、参照テーブルが、マット内圧の静的成分Ｐと、補正係数Ｋとの対応関係を示すようにしてもよい。この場合、上記数１の計算が予め行われて、その算出結果が参照テーブルに格納されることになる。
【００５６】
Ｇ． 当然ながら、マット内圧の静的成分Ｐの基準値Ｐ０として、図６のような極値となる値を用いなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態の１つである睡眠測定装置の全体構成を示す図である。
【図２】生体信号センサの構成を示す図である。
【図３】生体信号センサ内の圧力変動検出部の一例を示す電気回路図である。
【図４】生体信号（センサ出力）の例を示す図である。
【図５】マット内圧の静的成分Ｐと、マット内圧の変動分ΔＶとの関係を得るための実験装置の概略構成を示す図である。
【図６】マット内圧の静的成分Ｐと、マット内圧の変動分ΔＶとの対応関係を示すグラフである。
【図７】マット内圧の静的成分Ｐによる変動分ΔＶへの影響を説明するための第１の模式図である。
【図８】マット内圧の静的成分Ｐによる変動分ΔＶへの影響を説明するための第２の模式図である。
【図９】睡眠測定装置本体の構成の概略を示すブロック図である。
【図１０】睡眠測定処理の概要を示すフローチャートである。
【図１１】図１０におけるＳ１の増幅率設定処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１………寝具
２………マット
３………チューブ
４………睡眠測定装置本体
５………生体信号センサ（検出手段）
４１……可変増幅器
４２……フィルタ
４３……増幅器
４４……Ａ／Ｄ変換器
４５……制御部（実行プログラムとともに、特定手段、算出手段）
４６……表示部
４７……入力部
４８……補助記憶部
５１……接続口
５２……水室
５３……受圧膜
５４……空気室
５５……圧力変動検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が充填されたマットの上に乗った生体から、この生体の睡眠状態に応じて変化する生体信号を検出して増幅し、増幅された生体信号に基づき睡眠状態を推定する睡眠測定装置及び睡眠測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られたこの種の無呼吸検出装置の一つは、ユーザの睡眠状態における無呼吸を検出するもので、自動利得制御ユニットを備えている。この無呼吸検出装置では、空気を充填したエアマット上に横臥するユーザの身体から、エアマット内部へと伝わってくる圧力変動が、微差圧センサにより生体信号として検出されるようになっている。自動利得制御ユニットは、その検出された生体信号の利得（増幅率）を自動的に調節しつつ、増幅された生体信号を後段に設けられたフィルタへと出力する（特許文献１参照）。
【０００３】
このフィルタは、例えば心拍や呼吸に対応するものである。心拍に対応させたフィルタが心拍信号を抽出し、呼吸に対応させたフィルタが呼吸信号を抽出する。さらに、後の処理で、これらの心拍信号及び呼吸信号の変動パターンから、マット上のユーザがどの睡眠段階にいるか、また、ユーザが無呼吸状態にあるかどうか等が推定される。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２７１１０３号公報（段落００１７、００２０〜００２２、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の自動利得制御ユニットによると、利得の調節が適切に行われないことがあった。つまり、検出される生体信号のうち後段の処理に必要な周波数帯域の信号は、心拍及び呼吸などに対応するものである。ところが、ユーザは睡眠時間内であっても寝返りを打ったりトイレに立ったり、生体信号のうち心拍及び呼吸以外の他の身体の動きによる信号が外乱として働き、この外乱に反応して利得が自動的に調節されてしまうことがあったからである。
【０００６】
また、マット内の圧力は、静的な成分に、動的な成分（マット内圧の変動分）を重ね合わせたものとしてなり、加えて、そのマット内圧の静的成分の大きさが、動的成分の大きさに影響を与えることが確認されている。このマット内圧の静的成分は、製造時におけるマット内の流体の圧力、人体の重さ等によるものであり、マット内圧の動的成分は、心拍、呼吸等の人体の振動によるものである。
【０００７】
ここで、マットは、例えば、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂から構成されるが、このマットが経年劣化等して伸びてきたり、マットの内容物が減少してきたりすると、マット内圧の静的成分がだんだん小さくなってくる。そうすると、このマット内圧の低下は、生体信号の変動幅を小さくする原因ともなる。従来の自動利得制御ユニットでは、どのような原因であるかに関わらず、増幅後の生体信号の値の大きさから利得を調節しているため、この利得の調節によって、生体信号の解析を適正に行うことができない恐れがある。
【０００８】
本発明の目的は、これらの課題を解決できる睡眠測定装置及び睡眠測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る睡眠測定装置は、流体が充填されたマットの上に乗った生体から、この生体の睡眠状態に応じて変化する生体信号を検出して増幅し、増幅された生体信号に基づいて睡眠状態を推定するようになっている。本睡眠測定装置は、検出手段と、特定手段と、算出手段とを備えたことを特徴としている。
検出手段は、マット内の流体の圧力であるマット内圧の静的成分Ｐを検出する。特定手段は、検出手段により検出された静的成分Ｐから、静的成分Ｐの値に応じて変化する、所定荷重の付加時におけるマット内圧の変動分ΔＶを特定する。算出手段は、特定手段により特定された変動分ΔＶを用いて所定の基準増幅率Ａ０を補正することによって、生体信号の増幅に用いる増幅率Ａを算出する。
請求項２に係る睡眠測定装置は、請求項１に係る睡眠測定装置において、マット内圧の静的成分Ｐと、マット内圧の変動分ΔＶとの対応関係を示す参照テーブルを記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする。この場合、上記特定手段は、この記憶手段に記憶された参照テーブルから、上記検出手段によって検出された静的成分Ｐに応じた変動分ΔＶを得るようになっている。
請求項３に係る睡眠測定装置は、請求項１又は請求項２に係る睡眠測定装置において、上記算出手段が次のようになっていることを特徴とする。即ち、算出手段は、基準増幅率Ａ０に対応したマット内圧の変動分である基準変動分ΔＶ０を、上記特定手段により特定された変動分ΔＶで割ることにより補正係数を求め、求められた補正係数を基準増幅率Ａ０に掛けることによって、増幅率Ａを算出する。
請求項４に係る睡眠測定装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に係る睡眠測定装置において、上記検出手段が、生体がマットに乗っていない状態で検出した検出値を、マット内圧の静的成分Ｐとして検出することを特徴する。
請求項５に係る睡眠測定装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に係る睡眠測定装置において、生体信号の低周波数帯域を通過させるローパスフィルタを備えたことを特徴とする。この場合、上記検出手段は、ローパスフィルタを、生体がマットに乗った状態で通過した生体信号を、マット内圧の静的成分Ｐとして検出する。
請求項６に係る睡眠測定装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に係る睡眠測定装置において、上記検出手段が、生体がマットに乗った状態で生体信号の平均値を算出するとともに、算出されたこの平均値を、マット内圧の静的成分Ｐとして検出することを特徴とする。
請求項７に係る睡眠測定装置は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に係る睡眠測定装置において、上記検出手段が、生体がマットに乗った状態で変動するマット内圧を、生体信号として検出することを特徴とする。
請求項８に係る睡眠測定装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に係る睡眠測定装置において、上記検出手段は、流体室と、空気室と、受圧膜と、歪みゲージとを有することを特徴とする。流体室はマットから連続しており、この流体室に流体が充填されている。空気室には空気が充填されている。受圧膜は空気室と流体室との間を仕切っている。歪みゲージは、受圧膜上に設けられており、流体室内における流体の圧力の変動を検出するようになっている。
請求項９に係る睡眠測定方法は、流体が充填されたマットの上に乗った生体から、生体の睡眠状態に応じて変化する生体信号を検出して増幅し、増幅された生体信号に基づいて睡眠状態を推定する。本睡眠測定方法は、（１）マット内の流体の圧力であるマット内圧の静的成分Ｐを検出し、（２）検出された静的成分Ｐから、静的成分Ｐの値に応じて変化する、所定荷重の付加時におけるマット内圧の変動分ΔＶを特定し、（３）特定された変動分ΔＶを用いて所定の基準増幅率Ａ０を補正することによって、生体信号の増幅に用いる増幅率Ａを算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、検出されたマット内圧の静的成分Ｐの値から、その値に応じたマット内圧の変動分（動的成分）の大きさΔＶが特定され、この変動分ΔＶに基づき所定の基準増幅率Ａ０を補正することによって生体信号の増幅率Ａが設定される。そのため、マット等が経年劣化したとしても、生体信号の適切な増幅率が簡便に設定されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
（最良の実施の形態）
本発明の最良の実施の形態である睡眠測定装置につき、その全体構成から先ず説明する。本睡眠測定装置は、ユーザ（生体）の睡眠状態に応じて変化する生体信号を検出して増幅し、この増幅された生体信号に基づきユーザの睡眠状態を推定するようになっている。
【００１２】
本睡眠測定装置は、図１に示すように、寝具１とともに用いられるものであり、マット２と、チューブ３と、睡眠測定装置本体４とを備えている。寝具１上に、睡眠測定の対象となるユーザが横臥しており、その寝具１の下にマット２が敷かれている。チューブ３は、その一端がマット２に繋がれており、また、その他端が、睡眠測定装置本体４に取り付けられた生体信号センサ５に接続されている。マット２及びチューブ３には、水（流体の例。空気等でもよい）が充填されている。これによって、寝具１上のユーザの身体から生じる、心拍（脈拍）、呼吸、その他の身体の動きによる振動が、マット２及びチューブ３を介して、睡眠測定装置本体４内の生体信号センサ５へマット内圧（マット内の水の圧力）の変化として伝えられる。
【００１３】
ここでは、寝具１の下にマット２を敷くものとしているため、ユーザは、間接的にマット２上に乗ることになっているが、寝具１の上にマット２を敷くものとして、ユーザが直接マット２上に横になるようにしてもよい。また、マット２は、枕の上側又は下側に敷くものとしても、枕の形状に成形するものとしてもよい。
【００１４】
睡眠測定装置本体４の生体信号センサ５は、マット内圧を検出するようになっている。この検出されたマット内圧は、ユーザが乗っていない状態において略一定となっており、このマット内圧が、睡眠測定開始時に、睡眠測定装置本体４内の可変増幅器の増幅率の設定に用いられる。これとともに、睡眠測定時には、ユーザがマット２に乗った状態で変動するマット内圧が、睡眠測定装置本体４の後段の処理にて生体信号として扱われる。
【００１５】
この生体信号センサ５は、図２に示すように、接続口５１と、水室５２と、受圧膜５３と、空気室５４と、圧力変動検出部５５とを備える。上述したチューブ３（前図１）は接続口５１に接続されていて、水室５２はマット２から連続したものとなる。水室５２と空気室５４との間は、受圧膜５３により仕切られている。この水室５２内にも水が充填されていて、マット２から水室５２までは、チューブ３を介して水が流動可能なようになっている。空気室５４には空気が充填されており、その室内は例えば１気圧に保たれている。
【００１６】
空気室５４側の受圧膜５３の表面には、圧力変動検出部５５が設けられている。この圧力変動検出部５５は、歪みゲージが組み込まれたホイートストンブリッジ回路を含んでいて、例えば、図３に示す電気回路として構成されている。即ち、同図３のホイートストンブリッジ回路における抵抗Ｒ１〜Ｒ４のうちの抵抗Ｒ１が、圧力変動検出部５５の歪みゲージ５５ａに相当する。この歪みゲージ５５ａが、受圧膜５３の表面に貼り付けられている。圧力変動検出部５５は、同図３のＡＢ間の電圧を差動増幅回路Ｃ１により増幅して、これをセンサ出力Ｖｓとして得る。
【００１７】
マット２、チューブ３及び水室５２内の水を順に介して伝えられる圧力の変動は、受圧膜５３を、前図２に向かって左右へと振動させ、また、同図２の上下に伸縮させる。圧力変動検出部５５の歪みゲージ５５ａが、この圧力変動を検出し、圧力変動検出部５５が、検出された圧力変動を生体信号として、睡眠測定装置本体４内の可変増幅器４１（後述。図９）へと出力するようになっている。図４は、その生体信号（センサ出力Ｖｓ）の例を示している。ここに示す生体信号には、0.8秒前後の周期Ｔとなったユーザの心拍による信号が含まれている。生体信号には、心拍の他に呼吸その他の体動が現れ、これら生体信号は、ユーザの睡眠状態（睡眠段階、睡眠の質）等に応じて変化する。
【００１８】
加えて、この生体信号を表すマット内圧の値は、先述したように、静的成分（オフセット分）に変動分を足し合わせたもので、マット内圧の静的成分の大きさが、マット内圧の変動分の大きさに影響することが実験により確認されている。
【００１９】
即ち、この実験では、図５（ａ）に示すように、基台６１の上にマット６２が置かれ、押圧板６３が、基台６１との間でこのマット６２を挟み込むようになっている。アーム６４の一端は押圧板６３に取り付けられ、アーム６４の他端は円板６５上の一点に取り付けられている。この実験装置で、円板６５を一定の角速度で回転させることにより、押圧板６３が一定周期で上下方向に往復移動するようになっている。
【００２０】
このマット６２には、上記生体信号センサ５と同様のセンサが設けられている。押圧板６３の往復移動に伴い、マット６２に荷重が付加され、そのセンサの出力値が、図５（ｂ）のグラフに示すように正弦波形に近いかたちで変化する。
【００２１】
ここで、センサの出力波形の振幅Ｍは、マット内の水量Ｘによって変化する。水量Ｘを比較的少ない量から段階的に増加させながら、上記実験装置を稼動させて、センサ出力の振幅Ｍを記録していくことによって、マット内の水量Ｘと、振幅Ｍとの関係が得られる。同じ仕様の他の複数のマット６２につき、上述した実験を行ったところ、その実験結果から、複数のマット６２における振幅Ｍの変動量は非常に小さいことが確認されている。
【００２２】
このマット内の水量Ｘと、出力の振幅Ｍとの関係から、図６のグラフに示す、マット内圧の静的成分Ｐ（何も載せていない無加重時のマット内圧）と、マット内圧の変動分ΔＶとの関係が得られることになる。つまり、マット内の水量Ｘはマット内圧の静的成分Ｐと略比例するため、この図６のマット内圧の静的成分Ｐをマット内の推量Ｘに置き換えることができる。また、センサ出力の振幅Ｍはマット内圧の変動分ΔＶを表す指標といえるため、図６のマット内圧の変動分ΔＶをセンサ出力の振幅Ｍに置き換えることができる。
【００２３】
図７、図８は、マット内圧の静的成分Ｐによるマット内圧の変動分ΔＶへの影響を模式的に表している。いま、マット内圧の静的成分が値Ｐ１である場合に、マット内圧の変動分（マット内圧の振幅の大きさ）が値ΔＶ１であるとする。このとき、マット内圧の静的成分Ｐ１（図７（ａ））が、静的成分Ｐ２（図８（ａ））よりも小さければ、静的成分Ｐ１からの変動分ΔＶ１（図７（ｂ））も、静的成分Ｐ２からの変動分ΔＶ２（図８（ｂ））より小さくなるといった関係がある。
【００２４】
即ち、マット内圧の静的成分Ｐが大きいほど、受圧膜が張られることになる。そうであれば、太鼓と同じ原理で、マット内圧の静的成分Ｐが大きなほど、マット内圧の変動分ΔＶが大きくなる。
【００２５】
ところが、このようなマット内圧の静的成分Ｐと、マット内圧の変動分ΔＶとの関係は、マット内圧の静的成分Ｐがある値Ｐ０（図６）よりも小さい場合に限って（Ｐ＜Ｐ０の場合に限り）成り立つ。つまり、受圧膜の伸びには限界があり、受圧膜は、ある程度以上に張られると変形し難くなる。よって、マット内圧の静的成分Ｐが、値Ｐ０よりも大きくなると（Ｐ＞Ｐ０）、マット内圧の静的成分Ｐが大きくなるほど、マット内圧の変動分ΔＶが小さくなっていく。
【００２６】
本発明の特徴の一つは、マット内圧の静的成分Ｐと変動分ΔＶとのこのような関係を用いて、静的成分Ｐから生体信号の増幅率（図９の可変増幅器４１における増幅率Ａ）を自動的に設定する点である。本発明の特徴の他の一つは、生体信号の検出と、増幅率設定に用いるマット内圧の静的成分Ｐの検出とを、同じ一つの生体信号センサ５により行う点である。以下、生体信号の増幅率の設定につき、詳細に説明する。
【００２７】
睡眠測定装置本体４は、図９に示すように、上述した生体信号センサ５以外に、可変増幅器４１、フィルタ４２、増幅器４３、Ａ／Ｄ変換器４４及び制御部４５を有する。可変増幅器４１は、生体信号センサ５から出力された生体信号を増幅するようになっている。
【００２８】
フィルタ４２は、3つのバンドパスフィルタ(ＢＰＦ)等により構成される。これら3つのうちの1つのＢＰＦは、可変増幅器４１より出力された生体信号から、0.5Hz〜2Hzといった周波数帯域の心拍に対応する信号を、心拍信号として抽出するようになっている。他の1つのＢＰＦは、可変増幅器４１より出力された生体信号から、0.2Hz〜1Hz程度の周波数帯域の呼吸に対応する信号を、呼吸信号として抽出するようになっている。さらにもう1つのＢＰＦは、可変増幅器４１より出力された生体信号から、10Hz以上の周波数帯域のその他の身体の動きに対応する信号を、体動信号として抽出する。
【００２９】
増幅器４３は、フィルタ４２にて抽出された心拍信号、呼吸信号及び体動信号を増幅するようになっている。この増幅器４３の増幅率には固定値が用いられる。Ａ／Ｄ変換器４４は、後段の制御部４５における処理のために、増幅器４３から出力された心拍信号、呼吸信号及び体動信号をＡ／Ｄ変換するようになっている。
【００３０】
制御部４５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えており、所定のプログラムを実行することにより、これらＡ／Ｄ変換後の心拍信号、呼吸信号及び体動信号を用いて、ユーザの睡眠状態を推定するようになっている。睡眠状態の推定につき例を挙げるならば、心拍信号から心拍数を算出して、この算出された心拍数がどの値の範囲にあるかによって、睡眠段階（段階１〜４のノンレム睡眠、及び、レム睡眠のいずれか）を判定することが可能である。また、呼吸信号から呼吸数を算出し、算出された呼吸数から、10秒以上の無呼吸が7時間の睡眠中に何回生じているかをカウントすることが可能である。この制御部４５における睡眠状態の推定等は周知の技術であり、その詳細が例えば特開２００４−１１３６１８号公報、特開２００４−１１３３２９号公報等に開示されている。
【００３１】
加えて、制御部４５には、表示部４６、入力部４７及び補助記憶部４８が接続されている。表示部４６は、ユーザの睡眠状態の推定結果を表示するようになっている。入力部４７は、睡眠測定の開始を指示する測定開始ボタン、及び、睡眠測定の終了を指示する測定終了ボタンを含んでいる。
【００３２】
また、補助記憶部４８は、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリやハードディスクドライブ等であり、この補助記憶部４８には、制御部４５が実行するプログラム、そのプログラムで用いるデータ等が記憶されている。特に、図６のマット内圧の静的成分Ｐとマット内圧の変動分ΔＶとの対応関係を示す参照テーブルが、この補助記憶部４８に格納されている。制御部４５は、マット内圧の静的成分Ｐを指定して、これに対応するマット内圧の変動分ΔＶを読み出すことができるようになっている。
【００３３】
制御部４５における可変増幅器４１の増幅率Ａの設定につき、図１０，図１１を用いてより詳細に説明する。図１０は、入力部４７の測定開始ボタンが押下された直後に制御部４５（ＣＰＵ）が実行する睡眠測定処理（睡眠測定プログラム）の流れを示している。
【００３４】
睡眠測定処理のステップ１（以下、ステップをＳと略す）において、制御部４５は、先ず、可変増幅器４１の増幅率Ａを設定するようになっている。この増幅率Ａの設定については後に図１１を用いて説明する。
【００３５】
可変増幅器４１への増幅率Ａの設定後に、入力部４７の測定終了ボタンが押下されたか否かが判定される（Ｓ２）。測定終了ボタンが押下されなかった場合（Ｓ２にてＮＯ）、Ｓ３において生体信号が測定される。即ち、Ａ／Ｄ変換器４４によりＡ／Ｄ変換されて得られた心拍信号、呼吸信号及び体動信号のデジタル値が、例えば0.05秒おきに取得されて、補助記憶部４８に保存されていく。
【００３６】
一方、測定終了ボタンが押下された場合（Ｓ２にてＹＥＳ）、Ｓ４にて睡眠測定の結果が表示される。つまり、制御部４５は、Ｓ３で補助記憶部４８に格納された心拍信号、呼吸信号及び体動信号から、先述したように、睡眠段階を判定し、また無呼吸をカウントし、その結果を表示部４６に表示する。この測定結果の表示の後に、本処理は終了する。
【００３７】
そして、上記Ｓ１に対応する図１１の増幅率設定処理では、制御部４５は、先ず、Ｓ１１で、生体信号センサ５により検出されたマット内圧の静的成分Ｐを取得する。即ち、ここでは、睡眠測定を開始するに当たり、マット２が無加重の状態である必要がある。例えば、表示部４６に、「初期化中です。マットに乗らないで下さい。」といった表示を行わせることが可能である。このような表示によって、増幅率が設定される前の状態で、ユーザがマット２上に乗らないように誘導する。
【００３８】
この無加重の状態での生体信号センサ５のセンサ出力Ｖｓが、マット内圧の静的成分Ｐとして取り込まれる。（センサ出力Ｖｓと、マット内圧とは、略線型の関係にある。）
【００３９】
続いて、Ｓ１２にて、制御部４５は、Ｓ１１で得たマット内圧の静的成分Ｐから、マット内圧の変動分ΔＶを特定する。この変動分ΔＶの値は、静的成分Ｐの値に応じて変化するものであるが、予め行われた実験又はシミュレーション等により静的成分Ｐに対応付けられている。具体的には、制御部４５は、補助記憶部４８上の参照テーブル（図６）から、検出された静的成分Ｐａに応じた変動分ΔＶａを読み出すようになっている。
【００４０】
さらに、制御部４５は、Ｓ１３にて、Ｓ１２で特定されたマット内圧の変動分ΔＶを用いて、所定の基準増幅率Ａ０を補正することにより、可変増幅器４１における増幅率Ａを算出する。この算出について具体的に説明すると、その前提として、マット内圧の静的成分Ｐが値Ｐ０である場合を基準とし、この場合におけるマット内圧の変動分ΔＶを基準変動分ΔＶ０とする（図６）。また、基準増幅率Ａ０を、この場合の増幅率Ａとする。（補助記憶部４８が、これら基準変動分ΔＶ０及び基準増幅率Ａ０を記憶しているものとしてよい。）
【００４１】
いま、Ｓ１２で変動分ΔＶａが得られており、この変動分ΔＶａから、次の数１により、基準増幅率Ａ０に対する補正係数Ｋａが求められる。
【００４２】
【数１】
即ち、マット内圧の基準変動分ΔＶ０を、マット内圧の静的成分Ｐａに応じた変動分ΔＶａで割ることによって、補正係数Ｋａが求められる。この求められた補正係数Ｋａを基準増幅率Ａ０に掛けることによって、可変増幅器４１における増幅率Ａａが算出される。制御部４５は、この得られた増幅率Ａａを可変増幅器４１に設定する。この後、本処理はリターンする。
【００４３】
この増幅率設定処理の直後に、制御部４５は、表示部４６に、次のような表示を行わせるものとしてよい。つまり、「初期化が完了しました。マット上に横になって下さい。」といった表示を行い、この表示により、ユーザがマット２上に横になるように促すのである。
【００４４】
以上のように、本睡眠測定装置では、検出されたマット内圧の静的成分Ｐから、その値に応じたマット内圧の変動分ΔＶの大きさが特定される。そして、この変動分ΔＶに基づいて基準増幅率Ａ０を補正することによって、可変増幅器４１における増幅率Ａが設定される。そのため、マット２が経年劣化して、マット表面に伸びが生じたとしても、マットの内容物が減少したとしても、或いは、気温、高度などによりマット内の流体の静的状態での圧力が変動したとしても、生体信号の適切な増幅率が簡便に設定されることになる。
【００４５】
また、従来の無呼吸検出装置に設けられた自動利得制御ユニットは、専用の付加的な回路からなる。そのため、特開２０００−２７１１０３号公報には明確な記載が無いものの、睡眠測定装置はその付加回路の分だけ複雑な構成及び動作とならざるを得ない。また、この従来の無呼吸検出装置でのように、絶対圧と、微差圧（生体信号）とは、通常、別々のセンサにより測定される。
【００４６】
これらに対して、本発明の睡眠測定装置において、可変増幅器４１の増幅率Ａの設定に係る構成部分は、図９〜図１１に示すように、比較的に簡素なものである。特に、本睡眠測定装置における生体信号センサ５には、２つの機能がある。即ち、可変増幅器４１の増幅率Ａの設定のために絶対圧を測定するという機能と、本来の生体信号を測定するという機能とである。生体信号センサ５のこれら２つの機能は、装置全体の構成の簡素化に大きく役立っている。
【００４７】
（他の実施の形態等）
以上、具体的な実施の形態によって本発明を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することができる。
Ａ． 上記実施の形態において、例えば、マット内圧の静的成分Ｐは、無加重時におけるマット内圧の検出値とした。これとは異なり、ユーザがマットに乗った状態で、マット内圧の静的成分Ｐを得ることが可能である。
【００４８】
つまり、ユーザがマットに乗った状態で生体信号センサ５の変動するセンサ出力Ｖｓからマット内圧の静的成分Ｐを取り出す。これによって、ユーザがマットの上に乗った後か否かを厳密に区分けし、この区分けに応じた制御をする必要があるといったタイミングの問題を解消することが可能である。
【００４９】
具体的には、（ａ）センサ出力Ｖｓにローパスフィルタ（ＬＰＦ）を掛ける手法、及び、（ｂ）センサ出力Ｖｓの平均を取る手法が挙げられる。（ａ）のＬＰＦを用いる手法において、このＬＰＦは、フィルタ４２（図９）を構成する4つ目のフィルタとして設けることができる。ＬＰＦは、低周波数帯域、例えば0.2Hz以下の生体信号を後段へと通過させる。このＬＰＦ通過する生体信号が、マット内圧の静的成分Ｐとして検出され、制御部４５に入力されて、この静的成分Ｐに基づき図１１の増幅率設定処理が行われる。
【００５０】
また、（ｂ）の平均値を取る手法では、生体信号センサ５から出力されて可変増幅器４１（図９）で増幅された生体信号が、適宜、増幅器４３、Ａ／Ｄ変換器４４を介して、制御部４５に入力されるようにしてよい。制御部４５内で、この生体信号の平均値が算出され、算出された平均値がマット内圧の静的成分Ｐとして用いられて、図１１の増幅率設定処理が行われる。
【００５１】
Ｂ． マット内圧の静的成分Ｐに応じたマット内圧の変動分ΔＶの特定は、これらの対応関係を記した参照テーブルによるものとした。これとは異なり、参照テーブルを用いず、図６のグラフのような対応関係を算出式として表し、この算出式にマット内圧の静的成分Ｐを代入することによって、マット内圧の変動分ΔＶを算出することができる。
【００５２】
Ｃ． 生体信号センサ５には、歪みゲージ５５ａ（図３）を用いるものとしたが、半導体歪みゲージを用いてもよい。マット内圧の検出値の精度を上げるために、複数の歪みゲージを生体信号センサ５内の受圧膜５３に貼り付けるようにしてもよく、もちろん、複数の生体信号センサ５を用いてもよい。
【００５３】
Ｄ． １つの生体信号センサ５によって、睡眠測定開始前にマット内圧の静的成分Ｐを検出するとともに、睡眠測定時に生体信号（マット内圧）を検出するものとした。これとは異なり、マット内圧の静的成分Ｐを測定する生体信号センサと、従来から用いられているマイクロホンセンサとの双方を用いてもよい。即ち、マイクロホンセンサに本来の生体信号を検出させるとともに、生体信号センサを、マイクロホンセンサの検出値に対する増幅率を設定するためだけに用いるといったことも可能である。
【００５４】
Ｅ． 歪みゲージ５５ａを、マット２の上面または下面の、例えば、人の胴体の中央近傍の下方に相当する位置に、直接、貼り付けるようにしてもよい。この際、チューブ３は不要となり、生体信号センサ及び睡眠測定装置の構成はより簡素なものとなる。
【００５５】
Ｆ． 参照テーブルは、マット内圧の静的成分Ｐと、変動分ΔＶとの対応関係を示すものとした。これに代えて、参照テーブルが、マット内圧の静的成分Ｐと、補正係数Ｋとの対応関係を示すようにしてもよい。この場合、上記数１の計算が予め行われて、その算出結果が参照テーブルに格納されることになる。
【００５６】
Ｇ． 当然ながら、マット内圧の静的成分Ｐの基準値Ｐ０として、図６のような極値となる値を用いなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態の１つである睡眠測定装置の全体構成を示す図である。
【図２】生体信号センサの構成を示す図である。
【図３】生体信号センサ内の圧力変動検出部の一例を示す電気回路図である。
【図４】生体信号（センサ出力）の例を示す図である。
【図５】マット内圧の静的成分Ｐと、マット内圧の変動分ΔＶとの関係を得るための実験装置の概略構成を示す図である。
【図６】マット内圧の静的成分Ｐと、マット内圧の変動分ΔＶとの対応関係を示すグラフである。
【図７】マット内圧の静的成分Ｐによる変動分ΔＶへの影響を説明するための第１の模式図である。
【図８】マット内圧の静的成分Ｐによる変動分ΔＶへの影響を説明するための第２の模式図である。
【図９】睡眠測定装置本体の構成の概略を示すブロック図である。
【図１０】睡眠測定処理の概要を示すフローチャートである。
【図１１】図１０におけるＳ１の増幅率設定処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１………寝具
２………マット
３………チューブ
４………睡眠測定装置本体
５………生体信号センサ（検出手段）
４１……可変増幅器
４２……フィルタ
４３……増幅器
４４……Ａ／Ｄ変換器
４５……制御部（実行プログラムとともに、特定手段、算出手段）
４６……表示部
４７……入力部
４８……補助記憶部
５１……接続口
５２……水室
５３……受圧膜
５４……空気室
５５……圧力変動検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が充填されたマットの上に乗った生体から、該生体の睡眠状態に応じて変化する生体信号を検出して増幅し、増幅された該生体信号に基づいて睡眠状態を推定する睡眠測定装置であって、
前記マット内の流体の圧力であるマット内圧の静的成分Ｐを検出する検出手段と、
該検出手段により検出された前記静的成分Ｐから、該静的成分Ｐの値に応じて変化する、所定荷重の付加時におけるマット内圧の変動分ΔＶを特定する特定手段と、
該特定手段により特定された前記変動分ΔＶを用いて所定の基準増幅率Ａ０を補正することによって、生体信号の前記増幅に用いる増幅率Ａを算出する算出手段とを備えたことを特徴とする睡眠測定装置。
【請求項２】
マット内圧の前記静的成分Ｐと、マット内圧の前記変動分ΔＶとの対応関係を示す参照テーブルを記憶する記憶手段を備え、
前記特定手段は、
該記憶手段に記憶された前記参照テーブルから、前記検出手段によって検出された前記静的成分Ｐに応じた変動分ΔＶを得ることを特徴とする請求項１に記載の睡眠測定装置。
【請求項３】
前記算出手段は、
前記基準増幅率Ａ０に対応したマット内圧の変動分である基準変動分ΔＶ０を、前記特定手段により特定された前記変動分ΔＶで割ることにより補正係数を求め、求められた該補正係数を前記基準増幅率Ａ０に掛けることによって、前記増幅率Ａを算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の睡眠測定装置。
【請求項４】
前記検出手段は、
生体が前記マットに乗っていない状態で検出した検出値を、マット内圧の前記静的成分Ｐとして検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の睡眠測定装置。
【請求項５】
前記生体信号の低周波数帯域を通過させるローパスフィルタを備え、
前記検出手段は、
該ローパスフィルタを、生体が前記マットに乗った状態で通過した生体信号を、マット内圧の前記静的成分Ｐとして検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の睡眠測定装置。
【請求項６】
前記検出手段は、
生体が前記マットに乗った状態で前記生体信号の平均値を算出するとともに、算出された該平均値を、マット内圧の前記静的成分Ｐとして検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の睡眠測定装置。
【請求項７】
前記検出手段は、
生体が前記マットに乗った状態で変動する前記マット内圧を、前記生体信号として検出することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の睡眠測定装置。
【請求項８】
前記検出手段は、
前記マットから連続し、流体が充填された流体室と、
空気が充填されている空気室と、
該空気室と前記流体室との間を仕切る受圧膜と、
該受圧膜上に設けられ、前記流体室内における流体の圧力の変動を検出する歪みゲージとを有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の睡眠測定装置。
【請求項９】
流体が充填されたマットの上に乗った生体から、該生体の睡眠状態に応じて変化する生体信号を検出して増幅し、増幅された該生体信号に基づいて睡眠状態を推定する睡眠測定方法であって、
前記マット内の流体の圧力であるマット内圧の静的成分Ｐを検出し、
検出された該静的成分Ｐから、該静的成分Ｐの値に応じて変化する、所定荷重の付加時におけるマット内圧の変動分ΔＶを特定し、
特定された該変動分ΔＶを用いて所定の基準増幅率Ａ０を補正することによって、生体信号の前記増幅に用いる増幅率Ａを算出することを特徴とする睡眠測定方法。
【請求項１】
流体が充填されたマットの上に乗った生体から、該生体の睡眠状態に応じて変化する生体信号を検出して増幅し、増幅された該生体信号に基づいて睡眠状態を推定する睡眠測定装置であって、
前記マット内の流体の圧力であるマット内圧の静的成分Ｐを検出する検出手段と、
該検出手段により検出された前記静的成分Ｐから、該静的成分Ｐの値に応じて変化する、所定荷重の付加時におけるマット内圧の変動分ΔＶを特定する特定手段と、
該特定手段により特定された前記変動分ΔＶを用いて所定の基準増幅率Ａ０を補正することによって、生体信号の前記増幅に用いる増幅率Ａを算出する算出手段とを備えたことを特徴とする睡眠測定装置。
【請求項２】
マット内圧の前記静的成分Ｐと、マット内圧の前記変動分ΔＶとの対応関係を示す参照テーブルを記憶する記憶手段を備え、
前記特定手段は、
該記憶手段に記憶された前記参照テーブルから、前記検出手段によって検出された前記静的成分Ｐに応じた変動分ΔＶを得ることを特徴とする請求項１に記載の睡眠測定装置。
【請求項３】
前記算出手段は、
前記基準増幅率Ａ０に対応したマット内圧の変動分である基準変動分ΔＶ０を、前記特定手段により特定された前記変動分ΔＶで割ることにより補正係数を求め、求められた該補正係数を前記基準増幅率Ａ０に掛けることによって、前記増幅率Ａを算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の睡眠測定装置。
【請求項４】
前記検出手段は、
生体が前記マットに乗っていない状態で検出した検出値を、マット内圧の前記静的成分Ｐとして検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の睡眠測定装置。
【請求項５】
前記生体信号の低周波数帯域を通過させるローパスフィルタを備え、
前記検出手段は、
該ローパスフィルタを、生体が前記マットに乗った状態で通過した生体信号を、マット内圧の前記静的成分Ｐとして検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の睡眠測定装置。
【請求項６】
前記検出手段は、
生体が前記マットに乗った状態で前記生体信号の平均値を算出するとともに、算出された該平均値を、マット内圧の前記静的成分Ｐとして検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の睡眠測定装置。
【請求項７】
前記検出手段は、
生体が前記マットに乗った状態で変動する前記マット内圧を、前記生体信号として検出することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の睡眠測定装置。
【請求項８】
前記検出手段は、
前記マットから連続し、流体が充填された流体室と、
空気が充填されている空気室と、
該空気室と前記流体室との間を仕切る受圧膜と、
該受圧膜上に設けられ、前記流体室内における流体の圧力の変動を検出する歪みゲージとを有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の睡眠測定装置。
【請求項９】
流体が充填されたマットの上に乗った生体から、該生体の睡眠状態に応じて変化する生体信号を検出して増幅し、増幅された該生体信号に基づいて睡眠状態を推定する睡眠測定方法であって、
前記マット内の流体の圧力であるマット内圧の静的成分Ｐを検出し、
検出された該静的成分Ｐから、該静的成分Ｐの値に応じて変化する、所定荷重の付加時におけるマット内圧の変動分ΔＶを特定し、
特定された該変動分ΔＶを用いて所定の基準増幅率Ａ０を補正することによって、生体信号の前記増幅に用いる増幅率Ａを算出することを特徴とする睡眠測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−５０３９５（Ｐ２００９−５０３９５Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１８８２３（Ｐ２００７−２１８８２３）
【出願日】平成１９年８月２４日（２００７．８．２４）
【出願人】（０００１３３１７９）株式会社タニタ (303)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２４日（２００７．８．２４）
【出願人】（０００１３３１７９）株式会社タニタ (303)
【Ｆターム（参考）】
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