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JPH05111474A - Sleep depth determination device - Google Patents

Sleep depth determination device

Info

Publication number
JPH05111474A
JPH05111474A JP3277438A JP27743891A JPH05111474A JP H05111474 A JPH05111474 A JP H05111474A JP 3277438 A JP3277438 A JP 3277438A JP 27743891 A JP27743891 A JP 27743891A JP H05111474 A JPH05111474 A JP H05111474A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sleep depth
neural network
heart rate
body movement
signal
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.)
Pending
Application number
JP3277438A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Ishizaki
祥浩 石嵜
Hiroyuki Ogino
弘之 荻野
Masahiko Matsunaka
雅彦 松中
Kazunari Nishii
一成 西井
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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 Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP3277438A priority Critical patent/JPH05111474A/en
Publication of JPH05111474A publication Critical patent/JPH05111474A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

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)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 人体の睡眠深度を簡単にかつ低コストで判定
する。 【構成】 人体の体動を検出する体動検出手段1と、人
体の心拍数を計数する心拍数計数手段9の出力に基づき
人体の睡眠深度を推定する睡眠深度推定手段10を備え
ている。睡眠深度推定手段10には学習が既に済んだ固
定された複数の結合重み係数を内部に持つ神経回路網模
式手段が組み込まれている。
(57) [Summary] [Purpose] To determine the sleep depth of the human body easily and at low cost. A body movement detecting means 1 for detecting a body movement of a human body and a sleep depth estimating means 10 for estimating a sleep depth of a human body based on an output of a heart rate counting means 9 for counting a heart rate of the human body are provided. The sleep depth estimating means 10 incorporates a neural network schematic means having a plurality of fixed connection weighting coefficients which have already been learned.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、睡眠深度を判定する睡
眠深度判定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sleep depth determining device for determining sleep depth.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の睡眠深度判定装置は、ポ
リグラフに代表されるように各種の電極を人体に装着し
脳波や眼球運動、筋電位を検出して検出信号の波形処理
を行なって睡眠深度を判定するものであった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a sleep depth determining device of this type is equipped with various electrodes, as represented by a polygraph, on a human body to detect brain waves, eye movements, myoelectric potentials and perform waveform processing of detection signals. It was to determine the sleep depth.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の睡眠
深度判定装置では、脳波や眼球運動、筋電位の測定結果
を目視作業で分析したり、複雑な信号処理を行なって解
析したりするといった煩雑な作業が必要でありそのため
に大きな労力やコストがかかるといった課題があった。
In such a conventional sleep depth determining apparatus, the measurement results of the electroencephalogram, the eye movement, and the myoelectric potential are analyzed by visual work, or by performing complicated signal processing. There has been a problem that complicated work is required, which requires a lot of labor and cost.

【0004】本発明は上記課題を解決するもので、睡眠
深度を現実に計測・検出できる物理量から実時間で推定
することにより、簡単にかつ低コストで判定できる睡眠
深度判定装置を提供することを第1の目的としている。
第2の目的は、多次元情報処理手法により、睡眠深度を
容易に推定することにある。
The present invention solves the above problems, and provides a sleep depth determination device that can be determined easily and at low cost by estimating sleep depth in real time from a physical quantity that can be actually measured and detected. It has the first purpose.
The second purpose is to easily estimate the sleep depth by a multidimensional information processing method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は上記第1の目的
を達成するために、人体の体動を検出する体動検出手段
と、この体動検出手段の出力信号を受け人体の心拍数を
計数する心拍数計数手段と、前記体動検出手段、及び前
記心拍数計数手段の双方の出力に基づき睡眠深度を推定
する睡眠深度推定手段とを備えたものである。
In order to achieve the above first object, the present invention provides a body movement detecting means for detecting body movement of a human body, and a heart rate of the human body receiving an output signal of the body movement detecting means. And a sleep depth estimating means for estimating a sleep depth based on the outputs of both the body motion detecting means and the heart rate counting means.

【0006】また、第2の目的を達成するために、上記
第1の課題解決手段の睡眠深度推定手段は、複数の神経
素子より構成される神経回路網を模した手法により獲得
されかつ睡眠深度を推定する神経回路網の複数の固定さ
れた結合重み係数を内部に持つ神経回路網模式手段を有
するものである。さらにまた睡眠深度推定手段は複数の
神経素子より構成される層が多数組み合わされて構築さ
れる階層型の神経回路網模式手段を有するものである。
In order to achieve the second object, the sleep depth estimating means of the first problem solving means is obtained by a method simulating a neural network composed of a plurality of neural elements and the sleep depth is obtained. The neural network model means has therein a plurality of fixed connection weight coefficients of the neural network for estimating Furthermore, the sleep depth estimation means has a hierarchical neural network schematic means constructed by combining a number of layers composed of a plurality of neural elements.

【0007】[0007]

【作用】本発明は、体動検出手段からの体動情報と、心
拍数計数手段からの心拍数情報とのそれぞれを睡眠深度
推定手段に入力することにより、睡眠深度推定手段は、
睡眠深度を時々刻々推定する。
According to the present invention, by inputting each of the body movement information from the body movement detecting means and the heart rate information from the heart rate counting means into the sleep depth estimating means, the sleep depth estimating means
Estimate sleep depth from moment to moment.

【0008】また、睡眠深度推定手段を構成する神経回
路網模式手段は、既に学習された結合重み係数により時
々刻々の睡眠深度を推定する。
Further, the neural network model means constituting the sleep depth estimation means estimates the sleep depth every moment by the already learned coupling weight coefficient.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1から図2を参
照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0010】図1は本実施例のブロック図、図2は本実
施例をベッドに応用した際の外観斜視図である。図にお
いて1は人体の体動を検出する体動検出手段で、圧電素
子2、フィルター3、増幅手段4、整流手段5、平滑手
段6、AD変換器7から構成される。圧電素子2はポリ
フッ化ビニルデン(PVDF)等の高分子圧電材料を薄
膜状にし両面に可とう性の電極膜を付着させテープ状に
成形されたもので、ここではマットレス8の表面に装着
されている。9は人体の心拍数を計数する心拍数計数手
段、10は体動検出手段1、心拍数計数手段9の出力に
基づき睡眠深度を推定する睡眠深度推定手段、11は睡
眠深度推定手段10の出力を表示するLEDである。フ
ィルター3、増幅手段4、整流手段5、平滑手段6、A
D変換器7、心拍数計数手段9、睡眠深度推定手段10
は制御ユニット12に内蔵される。睡眠深度推定手段1
0は本実施例では4ビットマイクロコンピュータを用い
ている。
FIG. 1 is a block diagram of the present embodiment, and FIG. 2 is an external perspective view when the present embodiment is applied to a bed. In the figure, reference numeral 1 is a body movement detecting means for detecting body movement of a human body, which is composed of a piezoelectric element 2, a filter 3, an amplifying means 4, a rectifying means 5, a smoothing means 6, and an AD converter 7. The piezoelectric element 2 is formed by forming a polymer piezoelectric material such as polyvinyl fluoride (PVDF) into a thin film into a tape shape by attaching a flexible electrode film on both surfaces. Here, the piezoelectric element 2 is mounted on the surface of the mattress 8. There is. Reference numeral 9 is a heart rate counting means for counting the heart rate of the human body, 10 is a body movement detecting means 1, a sleep depth estimating means for estimating a sleep depth based on the outputs of the heart rate counting means 9, and 11 is an output of the sleep depth estimating means 10. Is an LED for displaying. Filter 3, amplifying means 4, rectifying means 5, smoothing means 6, A
D converter 7, heart rate counting means 9, sleep depth estimating means 10
Is incorporated in the control unit 12. Sleep depth estimation means 1
0 uses a 4-bit microcomputer in this embodiment.

【0011】睡眠深度推定手段10を構成する手段は、
多次元情報処理手法として最適な神経回路網を模した方
法で構成している。神経回路網を模した手法において
は、睡眠深度を推定する神経回路網の複数の結合重み係
数を固定されたテーブルとして用いる方法と、学習機能
を残し環境と使用者に適応できるようにする方法とがあ
る。本実施例は、神経回路網を模した手法によって獲得
された睡眠深度を推定する固定された結合重み係数を内
部にもつ神経回路網模式手段を有する睡眠深度推定手段
10を設けている。
The means constituting the sleep depth estimating means 10 are
As a multi-dimensional information processing method, it is constructed by a method simulating an optimal neural network. In a method simulating a neural network, a method of using a plurality of connection weighting coefficients of the neural network for estimating sleep depth as a fixed table, a method of leaving a learning function and adapting to the environment and the user, There is. The present embodiment is provided with a sleep depth estimating means 10 having a neural network model means having therein a fixed connection weighting coefficient for estimating the sleep depth obtained by a method simulating a neural network.

【0012】睡眠深度を推定する神経回路網において固
定された結合重み係数は、体動データと心拍数データと
睡眠深度データとの相関を神経回路網模式手段に学習さ
せることによって得ることができる。用いるべき神経回
路網模式手段としては、文献1(D.E.ラメルハート
他2名著、甘利俊一監訳「PDPモデル」1989
年)、文献2(中野馨他7名著「ニューロコンピュータ
の基礎」(株)コロナ社刊、P102、1990年)、
特公昭63−55106号公報などに示されたものがあ
る。以下、文献1に記載された最もよく知られた学習ア
ルゴリズムとして誤差逆伝搬法を用いた多層パーセプト
ロンを例にとり、具体的な神経回路網模式手段の構成お
よび動作について説明する。
The connection weight coefficient fixed in the neural network for estimating the sleep depth can be obtained by making the neural network schematic means learn the correlation between the body movement data, the heart rate data and the sleep depth data. As a neural network schematic means to be used, reference 1 (D.E. Lamelhart et al., 2 authors, translated by Shunichi Amari “PDP Model” 1989)
, 2 (Kaoru Nakano and 7 others, "Basics of Neurocomputers", Corona Publishing Co., Ltd., P102, 1990),
There is one disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 63-55106. Hereinafter, the configuration and operation of a concrete neural network schematic means will be described by taking a multilayer perceptron using an error backpropagation method as the most well-known learning algorithm described in Document 1 as an example.

【0013】図3は、神経回路網模式手段の構成単位と
なる神経素子の概念図である。図3において、21〜2
Nは神経のシナプス結合を模擬する擬似シナプス結合変
換器であり、2aは擬似シナプス結合変換器21〜2N
からの出力を加算する加算器であり、2bは設定された
非線形関数、たとえば、しきい値をhとするシグモイド
関数、 f(y,h)=1/(1+exp(−y+h)) (式1) によって加算器2aの出力を非線形変換する非線形変換
器であり。なお、図面が煩雑になるので省略したが、修
正手段からの修正信号を受ける入力線が擬似シナプス結
合変換器21〜2Nと非線形変換器2bにつながってい
る。また、擬似シナプス結合変換器21〜2Nが神経回
路網模式手段の結合重み係数となる。この神経素子に
は、信号処理モードの2つの種類の動作モードがある。
FIG. 3 is a conceptual diagram of a neural element which is a constituent unit of the neural network model means. In FIG. 3, 21 to 2
N is a pseudo synapse coupling converter simulating the synaptic coupling of nerves, and 2a is the pseudo synapse coupling converters 21 to 2N.
2b is a set nonlinear function, for example, a sigmoid function whose threshold is h, f (y, h) = 1 / (1 + exp (-y + h)) (Equation 1 ) Is a non-linear converter for non-linearly converting the output of the adder 2a. Although omitted because the drawing is complicated, an input line for receiving the correction signal from the correction means is connected to the pseudo synapse coupling converters 21 to 2N and the non-linear converter 2b. Further, the pseudo synapse coupling converters 21 to 2N serve as the coupling weight coefficient of the neural network schematic unit. This neural element has two types of operating modes, signal processing modes.

【0014】以下、図3に基づいて神経素子のそれぞれ
のモードの動作について説明する。まず、信号処理モー
ドの動作の説明をする。神経素子はN個の入力X1 〜X
n を受けて1つの出力を出す。i番目の入力信号X
i は、四角で示されたi番目の擬似シナプス結合変換器
2iに於いてWi ・Xi に変換される。擬似シナプス結
合変換器21〜2Nで変換されたN個の信号W1 ・X1
〜Wn ・Xn は加算器2aに入り、加算結果yが非線形
変換器2bに送られ、最終出力f(y,h)となる。つ
ぎに、学習モードの動作について説明する。学習モード
では、擬似シナプス結合変換器21〜2Nと非線形変換
器2bの変換パラメータW1 〜Wn とhを、修正手段か
らの変換パラメータの修正量ΔW1 〜ΔWn とΔhを表
す修正信号を受けて、 W1 +ΔWi ; i=1,2,・・,n h+Δh (式2) と修正する。
The operation of each mode of the neural element will be described below with reference to FIG. First, the operation of the signal processing mode will be described. Neural elements are N inputs X 1 to X
Receives n and outputs one output. i-th input signal X
i is converted into W i · X i in the i-th pseudo synapse coupling converter 2 i shown by a square. N signals W 1 · X 1 converted by the pseudo synapse coupling converters 21 to 2N
The ~W n · X n enters the adder 2a, sum y is sent to the non-linear converter 2b, the final output f (y, h). Next, the operation of the learning mode will be described. In the learning mode, the conversion parameters W 1 to W n and h of the pseudo synapse coupling converters 21 to 2N and the non-linear converter 2b are corrected by the correction signals representing the correction amounts ΔW 1 to ΔW n and Δh of the conversion parameters. Then, it is corrected to W 1 + ΔW i ; i = 1, 2, ..., N h + Δh (Equation 2).

【0015】図4は上記神経素子を4つ並列につないで
構成した信号変換手段の概念図である。なお以下の説明
は、この信号変換手段を構成する神経素子の個数を4個
に特定するものではない。図4において、211〜24
4は擬似シナプス結合変換器であり、201〜204
は、図3で説明した加算器2aと非線形変換器2bをま
とめた加算非線形変換器である。また、図3と同様に図
面が煩雑になるので省略したが、修正手段からの修正信
号を受ける入力線が擬似シナプス結合変換器211〜2
44と加算非線形変換器201〜204につながってい
る。擬似シナプス結合変換器211〜244も結合重み
係数重み係数となる。この信号変換手段の動作について
は、図3で説明した神経素子の動作が並列してなされる
ものである。
FIG. 4 is a conceptual diagram of a signal converting means constituted by connecting four neural elements in parallel. It should be noted that the following description does not specify that the number of neural elements forming the signal converting means is four. In FIG. 4, 211 to 24
Reference numeral 4 is a pseudo synapse coupling converter,
Is an addition nonlinear converter in which the adder 2a and the nonlinear converter 2b described in FIG. 3 are combined. Although omitted because the drawing becomes complicated as in FIG. 3, the input lines for receiving the correction signal from the correction means are pseudo synapse coupling converters 211 to 211.
44 and the addition nonlinear converters 201 to 204. The pseudo synapse coupling converters 211 to 244 also serve as coupling weight coefficients and weight coefficients. Regarding the operation of this signal conversion means, the operation of the neural element described in FIG. 3 is performed in parallel.

【0016】図5は、学習アルゴリズムとして誤差逆伝
搬法を採用した場合の信号処理手段の構成を示したブロ
ック図で、31は上述の信号変換手段である。ただし、
ここではN個の入力を受ける神経素子がM個並列に並べ
られたものである。32は学習モードにおける信号変換
手段31の修正量を算出する修正手段である。以下、図
5に基づいて信号処理手段の学習を行う場合の動作につ
いて説明する。信号変換手段31はN個の入力S
in(X)を受け、M個の出力Sout (X)を出力する。
修正手段32は、入力信号Sin(X)と出力信号Sout
(X)とを受け、誤差計算手段または後段の信号変換手
段からのM個の誤差信号δj (X)の入力があるまで待
機する。誤差信号δj (X)が入力され修正量を ΔWij=δj (X)・Sjout(X)・(1−Sjout(X))・Siin (X) (i=1〜N,j=1〜M) (式3) と計算し、修正信号を信号変換手段31に送る。信号変
換手段31は、内部の神経素子の変換パラメータを上で
説明した学習モードにしたがって修正する。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the signal processing means when the error back-propagation method is adopted as the learning algorithm, and 31 is the above-mentioned signal converting means. However,
Here, M neural elements for receiving N inputs are arranged in parallel. Reference numeral 32 is a correction means for calculating the correction amount of the signal conversion means 31 in the learning mode. Hereinafter, the operation when learning the signal processing means will be described with reference to FIG. The signal converting means 31 has N inputs S
Upon receiving in (X), it outputs M outputs S out (X).
The correction means 32 includes an input signal S in (X) and an output signal S out.
After receiving (X), the process waits until M error signals δ j (X) are input from the error calculating means or the signal converting means in the subsequent stage. The error signal δ j (X) is input and the correction amount is set to ΔW ij = δ j (X) · S jout (X) · (1−S jout (X)) · S iin (X) (i = 1 to N, j = 1 to M) (Equation 3) is calculated, and the correction signal is sent to the signal conversion means 31. The signal conversion means 31 modifies the conversion parameters of the internal neural elements according to the learning mode described above.

【0017】図6は、神経回路網模式手段を用いた多層
パーセプトロンの構成を示すブロック図であり、31
X、31Y、及び31ZはそれぞれK個、L個、M個の
神経素子からなる信号変換手段であり、32X、32
Y、及び32Zは修正手段であり、33は誤差計算手段
である。以上のように構成された多層パーセプトロンに
ついて、図6を参照しながらその動作を説明する。信号
処理手段34Xにおいて、信号変換手段31Xは、入力
iin (X)(i=1〜N)を受け、出力Sjout(X)
(j=1〜K)を出力する。修正手段32Xは、信号S
iin (X)と信号S jout(X)を受け、誤差信号δ
j (X)(j=1〜K)が入力されるまで待機する。以
下同様の処理が、信号処理手段34Y、34Zにおいて
行われ、信号変換手段31Zより最終出力Shout(Z)
(h=1〜M)が出力される。最終出力S hout(Z)
は、誤差計算手段33にも送られる。誤差計算手段33
においては、2乗誤差の評価関数COST(式4)に基
づいて理想的な出力T(T1 ,・・・・・,TM )との
誤差が計算され、誤差信号δh(Z)が修正手段32Z
に送られる。
FIG. 6 shows a multi-layer using a neural network schematic means.
FIG. 31 is a block diagram showing a configuration of a perceptron.
X, 31Y, and 31Z are K, L, and M, respectively.
32X, 32, which is a signal conversion means composed of neural elements
Y and 32Z are correction means, and 33 is an error calculation means.
Is. In the multi-layer perceptron configured as above
The operation will be described with reference to FIG. signal
In the processing means 34X, the signal conversion means 31X receives the input
Siin(X) (i = 1 to N) and output Sjout(X)
(J = 1 to K) is output. The correction means 32X uses the signal S
iin(X) and signal S jout(X), the error signal δ
jWait until (X) (j = 1 to K) is input. Since
The same processing as below is performed in the signal processing means 34Y and 34Z.
Performed, the final output S from the signal conversion means 31Zhout(Z)
(H = 1 to M) is output. Final output S hout(Z)
Is also sent to the error calculation means 33. Error calculation means 33
Is based on the squared error evaluation function COST (Equation 4).
Based on the ideal output T (T1・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・, TM) With
The error is calculated and the error signal δh (Z) is corrected by the correction means 32Z.
Sent to.

【0018】[0018]

【数1】 [Equation 1]

【0019】ただし、ηは多層パーセプトロンの学習速
度を定めるパラメータである。つぎに、評価関数を2乗
誤差とした場合には誤差信号は、 δh(Z)=−η・(Shout(Z)−Th ) (式5) となる。修正手段32Zは、上で説明した手続きにした
がって、信号変換手段31Zの変換パラメータの修正量
ΔW(Z)を計算し、修正手段32Yに送る誤差信号を
(式6)に基づき計算し、修正信号ΔW(Z)を信号変
換手段31Zに送り、誤差信号δ(Y)を修正手段32
Yに送る。信号変換手段31Zは、修正信号ΔW(Z)
に基づいて内部のパラメータを修正する。なお、誤差信
号δ(Y)は(式6)で与えられる。
However, η is a parameter that determines the learning speed of the multilayer perceptron. Next, when the evaluation function is a square error, the error signal is δh (Z) = − η · (S hout (Z) −T h ) (Equation 5). The correction unit 32Z calculates the correction amount ΔW (Z) of the conversion parameter of the signal conversion unit 31Z according to the procedure described above, calculates the error signal to be sent to the correction unit 32Y based on (Equation 6), and the correction signal ΔW (Z) is sent to the signal converting means 31Z, and the error signal δ (Y) is corrected by the correcting means 32.
Send to Y. The signal conversion means 31Z uses the correction signal ΔW (Z).
Modify internal parameters based on. The error signal δ (Y) is given by (Equation 6).

【0020】[0020]

【数2】 [Equation 2]

【0021】ここで、Wij(Z)は信号変換手段31Z
の擬似シナプス結合変換器の変換パラメータである。以
下、同様の処理が信号処理手段34X、34Yにおいて
行われる。学習と呼ばれる以上の手続きを繰り返し行う
ことにより、多層パーセプトロンは入力が与えられると
理想出力Tをよく近似する出力を出すようになる。な
お、上記の説明においては、3段の多層パーセプトロン
を用いたが、これは何段であってもよい。また、文献1
にある信号変換手段のなかの非線形変換手段の変換パラ
メータhの修正法についてと慣性項として知られる学習
高速化を方法については、説明の簡略化のため省略した
が、この省略は以下に述べる本発明を拘束するものでは
ない。
[0021] Here, W ij (Z) signal converting means 31Z
Is a conversion parameter of the pseudo synapse coupling converter of. Hereinafter, similar processing is performed in the signal processing means 34X and 34Y. By repeating the above procedure called learning, the multi-layer perceptron produces an output that closely approximates the ideal output T when given an input. In the above description, the three-stage multi-layer perceptron is used, but this may be any number of stages. In addition, reference 1
The modification method of the conversion parameter h of the non-linear conversion means in the signal conversion means and the method of accelerating learning known as the inertia term are omitted for simplification of description, but this omission is described below. It does not bind the invention.

【0022】こうして、神経回路網模式手段は体動デー
タと心拍数データと睡眠深度データとの関係を学習し、
簡単なルールで記述することが容易でない睡眠深度推定
の仕方を自然な形で表現することができる。本実施例
は、こうして得られた情報を組み込んで、睡眠深度推定
手段10を構成するものである。具体的には、十分学習
を終えた後の多層パーセプトロンの信号変換手段31
X、31Y、31Zのみを神経回路網模式手段として用
いて、睡眠深度推定手段10を構成する。
In this way, the neural network schematic means learns the relationship between body movement data, heart rate data, and sleep depth data,
The method of sleep depth estimation, which is not easy to describe by simple rules, can be expressed in a natural form. In this embodiment, the sleep depth estimating means 10 is configured by incorporating the information thus obtained. Specifically, the signal converting means 31 of the multi-layer perceptron after sufficiently learning is completed.
The sleep depth estimating means 10 is configured by using only X, 31Y, and 31Z as the neural network schematic means.

【0023】実際に学習させたデータについて説明す
る。図7は、体動情報と心拍数情報と睡眠深度の変化を
示したものである。神経回路網模式手段へは体動検出手
段1からの現時点での体動情報とある時間Δt前の体動
情報、心拍数計数手段9からの現時点での心拍数情報と
ある時間Δt前の心拍数情報の4情報と、理想出力とし
て人体の睡眠深度情報を入力し学習させ、神経回路網模
式手段の中の信号変換手段31X、31Y、31Zを確
立し、それらを神経回路網模式手段として睡眠深度推定
手段10に組み込んでいる。なお、神経回路網模式手段
への入力を4情報としたが、上記の説明は神経回路網模
式手段への入力を4情報に限定するものではなく、入力
情報の数を増やすことにより睡眠深度の推定精度をさら
に向上させることができる。
Data actually learned will be described. FIG. 7 shows changes in body movement information, heart rate information, and sleep depth. To the neural network model means, current body movement information from the body movement detecting means 1 and body movement information before a certain time Δt, heart rate information from the heart rate counting means 9 at present and a heartbeat before a certain time Δt. 4 pieces of numerical information and sleep depth information of the human body as an ideal output are input and learned, and signal conversion means 31X, 31Y, 31Z in the neural network schematic means are established, and these are used as the neural network schematic means for sleep. It is incorporated in the depth estimation means 10. It should be noted that although the input to the neural network model means is 4 information, the above description does not limit the input to the neural network model means to 4 information. The estimation accuracy can be further improved.

【0024】つぎに、図1に示したブロック図に基づき
動作を説明する。まず、人体の体動により圧電素子2が
変形を受けると、その変形の程度に応じて圧電素子2よ
り電圧が発生する。この出力信号はフィルター3により
ろ波、増幅手段4により増幅、整流手段5により整流さ
れ、平滑手段6と心拍数計数手段9に入力されている。
フィルター3は周波数1〜5Hz以外の信号をろ波する
特性を持っている。図8に増幅手段4、整流手段5、平
滑手段6の出力波形を示す。増幅手段4から図8(a)
の信号を整流手段5に入力すると整流され図8(b)の
信号になる。その信号を平滑手段6に入力すると平滑化
され図8(c)の信号が出力される。平滑手段6により
平滑化された信号はAD変換器7によりAD変換され睡
眠深度推定手段10に入力されている。図9に実際の就
寝の際の平滑手段6の出力波形を示す。入床、寝返り、
離床といった粗大な体動の場合は圧電素子2は大きな変
形を受け平滑手段6から高いレベルの出力がでる。ま
た、人体が安静状態であれば人体の微小な体動により平
滑手段6からは比較的低いレベルの出力がでる。人体が
不在の場合は平滑手段6の出力はゼロである。心拍数計
数手段9は整流手段5の出力信号から心拍数を計数し、
睡眠深度推定手段10に出力している。睡眠深度推定手
段10は、これらの入力された信号・情報をもとに睡眠
深度を時々刻々推定する。LED11は、睡眠深度推定
手段10の推定した結果を7セグメントLEDに表示す
る。
Next, the operation will be described based on the block diagram shown in FIG. First, when the piezoelectric element 2 is deformed by the movement of a human body, a voltage is generated from the piezoelectric element 2 according to the degree of the deformation. This output signal is filtered by the filter 3, amplified by the amplification means 4, rectified by the rectification means 5, and input to the smoothing means 6 and the heart rate counting means 9.
The filter 3 has a characteristic of filtering signals having frequencies other than 1 to 5 Hz. FIG. 8 shows output waveforms of the amplification means 4, the rectification means 5, and the smoothing means 6. Amplifying means 4 to FIG.
When the signal of (4) is input to the rectifying means 5, it is rectified and becomes the signal of FIG. When the signal is input to the smoothing means 6, the signal is smoothed and the signal of FIG. 8C is output. The signal smoothed by the smoothing means 6 is AD-converted by the AD converter 7 and input to the sleep depth estimating means 10. FIG. 9 shows an output waveform of the smoothing means 6 when actually going to bed. Bed, turn over,
In the case of a coarse body movement such as getting out of bed, the piezoelectric element 2 is greatly deformed and the smoothing means 6 outputs a high level. Further, when the human body is in a resting state, a relatively low level output is produced from the smoothing means 6 due to a small body movement of the human body. When the human body is absent, the output of the smoothing means 6 is zero. The heart rate counting means 9 counts the heart rate from the output signal of the rectifying means 5,
It is output to the sleep depth estimation means 10. The sleep depth estimating means 10 estimates the sleep depth from moment to moment based on these input signals and information. The LED 11 displays the result estimated by the sleep depth estimating means 10 on a 7-segment LED.

【0025】以上のように本実施例によれば、体動検出
手段、心拍数計数手段、既に学習された神経回路網の複
数の固定結合重み係数を有する神経回路網模式手段を組
み込んだ睡眠深度推定手段を備えた構成としているの
で、睡眠深度を簡単にかつ低コストで判定できる。
As described above, according to the present embodiment, the sleep depth incorporating the body movement detecting means, the heart rate counting means, and the neural network schematic means having a plurality of fixed coupling weight coefficients of the already learned neural network. Since the estimation means is provided, the sleep depth can be easily determined at low cost.

【0026】圧電素子2は複数個使用してもよく、体動
を検出する精度が向上する。また、圧電素子2はマット
レス8の体軸方向(頭部から脚部方向)に装着してもよ
い。
A plurality of piezoelectric elements 2 may be used, and the accuracy of detecting body movement is improved. Further, the piezoelectric element 2 may be mounted in the body axis direction of the mattress 8 (from the head to the legs).

【0027】また体動を検出できれば圧電素子の代わり
に容量センサや重量センサといった他の感圧センサを使
用してもよい。
If the body movement can be detected, another pressure sensitive sensor such as a capacitance sensor or a weight sensor may be used instead of the piezoelectric element.

【0028】また、圧電素子の代わりに、赤外線セン
サ、超音波センサ、光センサ等により体動を検出する構
成としてもよい。
Further, instead of the piezoelectric element, an infrared sensor, an ultrasonic sensor, an optical sensor or the like may be used to detect the body movement.

【0029】また、睡眠深度推定手段10の推定結果を
LEDで表示する代わりに、記録手段へ出力して記録す
る構成としてもよい。
Further, the estimation result of the sleep depth estimating means 10 may be output to the recording means and recorded instead of being displayed by the LED.

【0030】また、本発明をソファや椅子等に設置して
もよい。
Further, the present invention may be installed on a sofa, a chair or the like.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、人体の体動を検出する体動検出手段と、人体
の心拍数を計数する心拍数計数手段と、前記体動検出手
段、前記心拍数計数手段の出力に基づき睡眠深度を推定
する睡眠深度推定手段とを備えたことにより睡眠深度を
簡単かつ低コストで判定できる。
As is apparent from the above embodiments, according to the present invention, the body movement detecting means for detecting the body movement of the human body, the heart rate counting means for counting the heart rate of the human body, and the body movement detecting means. By including the means and the sleep depth estimating means for estimating the sleep depth based on the output of the heart rate counting means, the sleep depth can be determined easily and at low cost.

【0032】また、睡眠深度推定手段は、複数の神経素
子より構成される神経回路網を模した手法により獲得さ
れた睡眠深度を推定する固定された神経回路網の複数の
結合重み計数を内部に持つ神経回路網模式手段を有し、
または、複数の神経素子より構成される層が多層組み合
わされて構築される階層型の神経回路網模式手段を有し
ているので、睡眠深度の推定精度を向上できる。
Further, the sleep depth estimating means internally stores a plurality of connection weight coefficients of a fixed neural network for estimating a sleep depth obtained by a method simulating a neural network composed of a plurality of neural elements. Having a neural network model means to have,
Alternatively, since it has a hierarchical neural network schematic means constructed by combining multiple layers composed of a plurality of neural elements, the accuracy of sleep depth estimation can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の睡眠深度判定装置のブロッ
ク図
FIG. 1 is a block diagram of a sleep depth determination device according to an embodiment of the present invention.

【図2】同装置がマットレスに配設された場合の外観斜
視図
FIG. 2 is an external perspective view of the same device when it is arranged on a mattress.

【図3】同装置に用いた神経回路網模式手段の構成単位
となる神経素子の概念図
FIG. 3 is a conceptual diagram of a neural element which is a constituent unit of a neural network schematic means used in the device.

【図4】同装置に用いた神経素子で構成した信号変換手
段の概念図
FIG. 4 is a conceptual diagram of a signal conversion unit composed of neural elements used in the device.

【図5】同装置に用いた学習アルゴリズムとして誤差逆
伝搬法を採用した信号処理手段のブロック図
FIG. 5 is a block diagram of a signal processing unit that employs an error backpropagation method as a learning algorithm used in the device.

【図6】同装置に用いた神経回路網模式手段を用いた多
層パーセプトロンの構成を示すブロック図
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a multilayer perceptron using a neural network schematic means used in the device.

【図7】同装置に与えた体動情報と心拍数情報と睡眠深
度のデータの一例を示す図
FIG. 7 is a diagram showing an example of body movement information, heart rate information, and sleep depth data given to the apparatus.

【図8】同装置の増幅手段、整流手段、平滑手段の処理
後の出力波形を示す図
FIG. 8 is a diagram showing output waveforms after processing of an amplifying means, a rectifying means, and a smoothing means of the same device.

【図9】同装置の平滑手段からの出力を示す波形図FIG. 9 is a waveform diagram showing the output from the smoothing means of the device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 体動検出手段 9 心拍数計数手段 10 睡眠深度推定手段 1 Body Motion Detection Means 9 Heart Rate Counting Means 10 Sleep Depth Estimating Means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 A61M 21/02 8119−4C A61B 5/04 312 U 7831−4C A61M 21/00 330 A (72)発明者 西井 一成 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI technical display location A61M 21/02 8119-4C A61B 5/04 312 U 7831-4C A61M 21/00 330 A (72) Inventor Kazunari Nishii 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】人体の体動を検出する体動検出手段と、こ
の体動検出手段の出力信号を受け人体の心拍数を計数す
る心拍数計数手段と、前記体動検出手段及び前記心拍数
計数手段の双方の出力に基づき睡眠深度を推定する睡眠
深度推定手段とからなる睡眠深度判定装置。
1. A body movement detecting means for detecting a body movement of a human body, a heart rate counting means for counting a heart rate of a human body by receiving an output signal of the body movement detecting means, the body movement detecting means and the heart rate. A sleep depth determining device comprising a sleep depth estimating means for estimating sleep depth based on both outputs of the counting means.
【請求項2】睡眠深度推定手段は、複数の神経素子より
構成される神経回路網を模した手法により獲得されかつ
睡眠深度を推定する神経回路網の複数の固定された結合
重み係数を内部に持つ神経回路網模式手段を有する請求
項1記載の睡眠深度判定装置。
2. The sleep depth estimation means internally stores a plurality of fixed connection weighting factors of a neural network which is obtained by a method simulating a neural network composed of a plurality of neural elements and which estimates a sleep depth. The sleep depth determining device according to claim 1, further comprising a neural network model possessing unit.
【請求項3】睡眠深度推定手段は、複数の神経素子より
構成される層が多数組み合わされて構築される階層型の
神経回路網模式手段を有する請求項1記載の睡眠深度判
定装置。
3. The sleep depth determining apparatus according to claim 1, wherein the sleep depth estimating means has a hierarchical neural network schematic means constructed by combining a number of layers composed of a plurality of neural elements.
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