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電気通信大学 新技術説明会

日々の体調変化に対応したパーソナル睡眠段階推定システム

電気通信大学 大学院情報理工学研究科 総合情報学専攻

教授 髙玉 圭樹

田島友祐, 中田雅也

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従来技術とその問題点(その1)•睡眠

– 全体： 5人に1人(2400万人)が慢性不眠

– 介護： 徘徊回数，食欲不振

•睡眠段階推定

– 6段階

•覚醒 ：Wake(W)

•レム睡眠 ：REM(R)

•ノンレム睡眠：1～4

WR1234

浅い睡眠

深い睡眠

3

従来技術とその問題点(その2)•R&K判定法[Rechtschaffen & Kales, 1988]

– 脳波，筋電，眼球運動の利用

– 測定のために電極をつける必要あり

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従来技術とその問題点(その3)•無拘束型睡眠段階判定法[渡辺, 2004]

– (心拍を無拘束で測定できれば)デバイス必要なし

•心拍測定マット：多数販売(EMFIT，タニタ)

→ 寝ているだけでOK

– 原理

•心拍数 → 睡眠判定

•心拍数の中周波≒睡眠段階

[Harper 1987, Otsuka 1991]

従来技術とその問題点(その4)

IFFT

WWR112334

中周波成分を抜き出す

バントパスフィルタ

低い 周波数 高い

FFT

離散化

心拍データ

睡眠段階

6

従来技術とその問題点(その5)

•精度が「人」によって異なる

– 心拍数の周波数成分の抽出：「人」によって異なる

•精度が「日」によって異なる

– 心拍数の周波数成分の抽出： 「日」によって異なる

その人の周波数成分：過去データから推定

新技術の特徴・従来技術との比較(その1)

IFFT

WWR112334

各人に最適化された

マルチバントパスフィルタ

低い 周波数 高い

FFT

離散化

心拍データ

睡眠段階

提案技術

最適化中周波成分を抜き出す

バントパスフィルタ

低い 周波数 高い

•段階推定のイメージ

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新技術の特徴・従来技術との比較(その2)

睡眠時間

0

1

2

3

4

5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Alice

RcGA提案手法PSG

332211RR

44

(一段階ずれ)

正解率91.8％

W•実験：PSG(正解) vs. 提案手法

新技術の特徴・従来技術との比較(その3)

•Case 0: 同日の心拍データ利用

•Case 1: 前日の心拍データ利用

•Case 2: 過去複数日の心拍データ利用WWRR11223344

WWRR11223344

t-1th~t-nth days tth day

最適化されたマルチバンドパスフィルタ

最適化されたマルチバンドパスフィルタ

tth day WWRR11223344

tth day最適化された

マルチバンドパスフィルタ

t-1th day tth day

新技術の特徴・従来技術との比較(その4)

•実験結果•高い睡眠段階の正解率を維持→ 100

•高い/低い睡

眠段階の正解率→ 50

•低い睡眠段階の正解率を維持→ 0

新技術の特徴・従来技術との比較(その5)

•心拍数増加タイプ

•心拍数減少タイプ

WWRR11223344

WWRR11223344

最適化されたマルチバンドパスフィルタ

最適化されたマルチバンドパスフィルタ

t-1th~t-nth days

t-1th~t-nth daystth day

tth day

新技術の特徴・従来技術との比較(その6)

•実験結果

新技術の特徴・従来技術との比較(その7)

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•従来技術

– 各人の睡眠の特性を考慮：×

– 体調の変化を考慮：×

– 年齢や性別によらない推定：×

不安定な睡眠段階の推定精度

新技術の特徴・従来技術との比較(その8)•提案技術

– 各人の睡眠の特性を考慮：○

– 体調の変化を考慮：○

– 年齢や性別によらない推定：○

安定かつ高い睡眠段階の推定精度

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想定される用途(その1)•医療

•睡眠障害早期発見システム

•介護福祉

•高齢者向けサービス

– 徘徊の可能性を知って対応可能

– 深い睡眠を導く活動計画が可能

•住宅

•ケア付き高齢者住宅への展開

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想定される用途(その2)•労働管理

•運輸業(ドライバー)のシフト管理

•看護師のシフト管理

•警察官，自衛官，消防官のシフト管理

•寝具・睡眠機器

•ベット/布団/枕などの寝具の性能評価

– 一般の方

– 飛行機・鉄道・船にのるお客

•各人にあった音楽による深い睡眠の提供

•社会福祉法人緑峰会の介護施設

– EMFITセンサの設置

– データサーバの設置

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想定される用途(その3)

心拍測定センサ

(EMFIT社)

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実用化に向けた課題•被験者数の増員による検証

•幅広い年齢層

•男女

•心拍測定センサのコストダウン

•EMFIT：約２５万円

•タニタ：約(3～)8万円

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企業への期待•下記の心拍測定センサの開発

•精度の高い心拍・体動データ取得

•コストダウン

•無線化

•下記とつながりのある企業との共同研究を希望

•病院・介護施設・住宅・労働管理を必要とする会社

•想定される用途であげた分野への展開を考えている企業には，本技術の導入が有効

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本技術に関する知的財産権•発明の名称 ：睡眠段階推定装置および方法

並びにプログラム

•出願番号 ：特願2013-123257

•出願人 ：国立大学法人 電気通信大学

•発明者 ：髙玉 圭樹，田島 友祐，中田

雅也

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お問い合わせ先•電気通信大学

研究推進機構 URA 小島 珠世

ＴＥＬ ０４２－４４３ － ５７８０

ＦＡＸ ０４２－４４３ － ５１０８

e-mail kojima＠crc.uec.ac.jp