JPH03222964A - 睡眠誘導装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、生体の呼吸に基づいて生体を睡眠に導くのに
最適な刺激を与えるようにした睡眠誘導装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 近年、複雑化した社会の中で、不安、不満、怒り、焦燥
等の心理的、精神的なストレスが増大しており、これら
のストレスが不眠症等の原因となってきている。このよ
うなストレスを解消する一つの方法としては、深呼吸を
して呼吸を整えることが知られている。すなわち、呼吸
を整えることはリラックスするには有効な手段であり、
ストレスの解消に役立つのである。

［発明が解決しようとする課題］ このように、呼吸を整えることは自己コントロールによ
って行うことができるから、ストレス解消の手段として
は、手軽で良い方法と考えられるが、呼吸は無意識に行
われているがら、連続して意識的に呼吸をすると、かえ
って意識水準が高まり、睡眠状態に移行することが難し
くなるという問題を有している。

本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、人
眼前には呼吸を整えるための一種のペースメーカーとし
て機能することにより呼吸を整えてリラックスさせるこ
とができ、入眠後には睡眠をより深い状態に移行させる
ように、安静時、浅い眠り、深い眠りのそれぞれについ
て、そのときの生体の呼吸状態に合わせた刺激の周期を
出力し、さらに、その刺激の大きさをフェイドアウトさ
せることにより、より短時間て深い睡眠状態に移行させ
る睡眠誘導装置を提供しようとするものである。

なお、本発明者らは腹部の呼吸を検出し、その検出信号
をそのまま調光信号として利用して、呼吸と同期した光
の明暗により睡眠誘導を行うことも提案している。ただ
し、この方式では検出信号と調光信号の周期を変えるも
のではないのて、呼吸周期の変化によって睡眠状態を深
い方向に移行させることはできない、また、寝返りによ
る呼吸検出信号の変化が光のちらつきとして出力され、
気になって眠れないということがあり得る。本発明では
、このような不都合をも同時に解決しようとするもので
ある。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明に係る睡眠誘導装置にあっては、上記の課題を解
決するために、第１図に示すように、生体の呼吸を検出
する呼吸検出部１と、呼吸検出部１により検出された生
体の呼吸周期に基づく所定周期の刺激を生体に与える刺
激出方装置６とを有することを特徴とするものである。

なお、刺激の周期は一定時間毎に検出した平均呼吸周期
に近い周期であることが好ましい。

また、刺激の大きさは時間経過と共に漸減することが好
ましい。

さらに、刺激出力装置６は、呼吸周期に基づく所定周期
の刺激と、ある一定周期の刺激を、ある時間毎に交互に
繰り返して出力する装置とすることが好ましい。

［作用］ 上記の構成を採用ずれば、１１１４、の現段階の状態（
ストレス状態、リラックス状態、入眠状態、浅い睡眠状
態、深い睡眠状態等）に応じた刺激、あるいは、次の段
階の意識低下状態に応じた刺激を与えることができるか
ら、落ち着いて整然とした呼吸が自然に得られることに
なり、生体のリラックス状態が促進されて、睡眠状態へ
の移行が短時間且つ滑らかに行われることになる。

以下、その原理について詳しく説明する。

生体は意識レベルの低下、つまりストレス状態から、リ
ラックス状態、入眠状態、浅い睡眠状態、深い睡眠状態
への変化に伴い、−・般的に呼吸周期は長くなり、時間
当たりの呼吸周期のばらつきは少なくなる。そこで、例
えば２０秒、３０秒あるいは６０秒ごとに呼吸の平均周
期を検出し、この平均周期と同しか少し遅めの周期の刺
激を与えれば、生体はその周期に呼吸を合わせようとす
るため、生体がリラックス状態にある場合は、それが維
持もしくは促進され、次の段階の意識低下状態に入りや
すくなり、スムーズな入眠が可能となる。

また、深い睡眠状態になると、呼吸周期のばらつきが少
なくなり、一定時ｍ）は一定周期の刺激を出力する本装
置の刺激周期と呼吸周期とがマツチングすることにより
、更に深い睡眠への誘導も促進されるものである。

さらに、一定時間の平均呼吸周期に基づいて刺激の周期
を決定することにより、寝返りに合わせて刺激が動揺す
ることを防止できる。つまり、寝返りの期間は１〜２秒
と短く、平均呼吸周期を検出する間隔は、２０秒、３０
秒もしくは６０秒の間隔て、その直ぐ前の５〜６個の呼
吸周期のみを検出するため、寝返りにより平均呼吸周期
に誤差は出るが、大きくは影響しないし、場合によって
は寝返りは検出されない、また、その周期を元に次の刺
激の周期を決めているので、寝返り時には出力される刺
激の周期に誤差は少し生しるものの、寝返りによる刺激
の変動は生体が意識できないレベルに抑えられる。

なお、刺激の大きさを時間の経過に伴って漸減させるよ
うにすれば、覚醒時には刺激をより強く認識させ、リラ
ックス状態がｔ、入眠状態への移行を速める。二とがて
′き、■垂１１４時には項１４を弱く１．て睡眠の安定
化を図ることができる。

また、呼吸周期に基づく所定周期の刺激と、ある一定周
期の刺激を、ある時間毎に交互に繰り返して出力すれば
、生体に違和感を与えることなく、効果的な睡眠誘導を
行うことができる。

本発明の更に詳しい構成及び作用については、以下に述
べる実施例の説明において一層明らかとされる。

し実施例］ 第１図に本発明の一実施例のブロック回路図を示す０図
において、■は呼吸検出部、２は呼吸周期検出部、３は
時間計測部、４は演算・制御部、５は駆動回路部、６は
刺激出力装置である。

以下、各部の構成について説明する。呼吸検出部１は、
呼吸センサ１１とローパスフィルタ１２を備えている。

呼吸センサ１１は、例えば、腹部や胸部に装着される形
式のもので、呼吸に伴う膨らみの変化をストレンゲージ
なとで検出するようにしたものである。その他、呼吸セ
ンサ１１は、同じストレンゲージで敷布タイプのものや
、重大付近にサーミスタを装着し、その温度変化を検出
するタイプのものなどがある。ローパスフィルタ１２は
、約２８Ｚ以下の低周波成分のみを通過させ、ノイズや
呼吸以外の細かい動きをカットするものである。つまり
、第２図に示すように、呼吸センサ１１の出力信号（実
線）から雑音成分が除去された信号（破線）が、ローパ
スフィルタ１２の出力として得られる。ここに、ローパ
スフィルタ１２から出力される信号は呼吸センサ１１の
出力信号に対して位相遅れを生じる。

呼吸周期検出部２は、波形整形回路２１と、微分回路２
２及びコンパレータ２３よりなる。波形整形回路２１は
、呼吸検出部１におけるローパスフィルタ１２の出力信
号を増幅し、矩形波に整形する。微分回路２２は、波形
整形回路２１から出力される矩形波が負から正に変化す
るときには正の出力、正から負に変化するときには負の
出力を発生する。コンパレータ２３は、微分回路２２が
ら発生する正または負の出力のみを所定の基準レベルと
比較することにより、呼吸の１周期ごとにパルスを出力
するものである。なお、この呼吸周期検出部２は、呼吸
の１周期ごとにノ（ルスを出力する回路であれば、どの
ような構成であっても良い。

時間計測部３は、クロック回路３１とカウンタ回路３２
よりなる。カウンタ回路３２は、後述の演算回路４１に
よりリセットされ、その後、クロ・ンク回路３１からク
ロック波が１個入力される度番こ、カウント値が１つ増
すようになっている。クロ・ンク値は、呼吸周期に応じ
たナイキスト理論値を満足するものでなければならない
ことは言うまでもない。

演算・制御部４は、演算回路４１と、タイマー４２、電
圧−周波数変換回路４３、波形発生回路４４及び刺激レ
ベル制御部４５よりなる。演算回路４１は、メモリー機
能や演算機能を有しており、複数個の呼吸の周期の平均
値や分散値などを演算して、この演算結果に基づいて入
眠時点を判定したり、時間経過に応じて漸減する刺激レ
ベルを設定したりするものである。コンパレータ２３か
らのパルスが、演算回路４１に入力されると、演算回路
４１はカウンタ回路３２からカウント値を読み取り、そ
の後、カウンタ回路３２をリセットする。演算回路４１
からカウンタ回路３２にリセット信号が入力されると、
カウンタ回路３２のカウント値はゼロに戻る。４２はタ
イマーであり、２０秒、３０秒もしくは６０秒ごとに演
算回路４１に時間信号を与える。演算回路４１では、こ
の時間信号が入力された時点より直ぐ前の呼吸から５個
〜６個のメモリーされた呼吸周期の平均値を演算する。

これを第６図に示し説明する。図において、ｔｌ。

ｔ２はタイマー４２からの時間信号が得られる時刻であ
る０例えば、時刻Ｌ２でタイマー４２から演算回路４１
に時間信号が入力されると、演算回路４１は直ぐ前の呼
吸から５個の、メモリーされた呼吸周期ＴＲ１〜ＴＲ５
をメモリーから読み出して、その平均値ＴＡＶ（ｔ２）
−（ＴＲＩ　＋　ＴＲ２±ＴＲコ＋Ｔ　Ｒ４＋　Ｔ　Ｒ
５）１５を演算する。（ただし、初めの２０秒、３０秒
あるいは６０秒は、呼吸の検出が出来ないため、予めメ
モリーされた標準的な呼吸周期を出力する。

後述の実施態様■では、生体に与える刺激の周期Ｔを生
体の呼吸の周期と一致させているが、後述の実施態様■
では、上記の平均呼吸周期ＴＡＶの０゜９倍〜１．２倍
の周期に相当する出力を電圧−周波数変換回路４３に送
って、生体に与える刺激の周期Ｔ（第７図参照）を決定
し、この周期Ｔをタイマー４２からの次の時間信号が入
力されるまで維持する。電圧−周波数変換回路４３から
出力される周期Ｔにより、波形発生口ｉ￥８４４で正弦
波または正弦波の半波整流波、もしくは、その波形をな
まらせた波形や、呼吸に近い波形を発生させる。

刺激レベル制御部４５では、時間の経過に伴って刺激レ
ベルが次第に低下するように、刺激レベルを設定する。

なお、時間の経過はタイマー４２からの時間信号が得ら
れた回数を演算回路４１でカウントすることにより検出
しても良いし、あるいは、演算回路４１で演算された呼
吸周期の分散値の低下により生体が深い睡眠状態に入っ
たと判断し、それだけ時間が経過したものとして、刺激
し） ベルを低下させるようにしても構わない、上記の刺激レ
ベル制御部４５で、生体に与える刺激レベルが調整され
、その刺激レベルが駆動回路部５のアンプ５１で増幅さ
れて、刺激出力装置６が駆動される。刺激出力装置６で
は、例えば、光を発生するための発光装置が使用される
。駆動回路部５のアンプ５１は、この発光装置への供給
電力を刺激レベル制御部４５の出力に応じて制御するた
めのトランジスタやサイリスタ等で構成される６次に、
本発明による睡眠誘導装置の幾つかの実施態様を生体と
の関連で説明する。

夫馳且圭■ 上述したように、呼吸のリズムを整えると、精神的なス
トレスが減少し、リラックスすることが分かっている。

また、覚醒状態においては、そのときの覚醒状態の低下
に合わせて、呼吸数が変化（通常は低下傾向）すること
が分かっている。そこで、覚醒期には、刺激出力装置６
の発光輝度を、例えば第３図に示すように、呼吸のリズ
ムに合うように調節する。すなわち、吸気時に発光輝度
を漸次高め、呼気時に発光輝度を漸次下げるように制御
する。したがって、覚醒時には、ローパスフィルタ１２
の出力に同期して発光輝度が調節されるのである。また
、光刺激の相対的な明るさは、第４図に示すように、入
眠したと判定できる時点までは発光輝度を時間の経過と
ともに漸減させて徐々に暗くなるようにオープン制御し
、入眠したと判定された直後からは睡眠深度に適合した
光刺激が与えられるようにフィードバック制御するとと
もに、睡眠が深くなるにしたがって暗くなるように制御
する。

入眠したかどうかの判定は、呼吸周期の分散と睡眠深度
との関係に基づいて行う、ずな、わち、第５図に示すよ
うに、入眠の直前に呼吸周期の分散が若干大きくなり、
睡眠が深くなるにしたがって分散が次第に小さくなると
いう知見が得られているから、呼吸周期の分散を演算す
ることにより入眠したかどうかの判定を行うことができ
るのである。したがって、この性質を利用してオーブン
制御とフィードバック制御との切換時点を設定すればよ
い。

さらに、上述したように、呼吸センサ１１の出力はロー
パスフィルタ１２を通しているから、呼吸検出部１の出
力信号では、呼気時間と吸気時間が均等化され、呼吸の
リズムと同調する明暗のリズムを有した光刺激を与える
ことができる。すなわち、ローパスフィルタ１２を通さ
なければ、吸気時には一瞬の間に明るくなり、呼気時に
は徐々に暗くなるから、比較的長時間に亙って暗い環境
の中にいるという不自然さを感じるのであるが、ローパ
スフィルタ１２を設けたことにより、明暗の時間差を小
さくすることができ、自然な呼吸のリズムに同調させる
ことができるのである。

夫施皿盗フー また、調光方法についての別の実施態様として、２０秒
、３０秒あるいは６０秒ごとに求めた呼吸周期の平均値
にきわせた調光を行うことも有効である。このように調
光すると、生体は、その光の明暗に合わせて、呼吸を合
わせやすくなり、その結果、呼吸が規則的になり、次第
にリラックス状態になり、入眠から深い睡眠へ移行する
。また、調光の振幅は、刺激レベル制御部４５により指
数関数的にフェイドアウトして行き、しかも睡眠が深く
なれば、呼吸周期の分散が著しく低下するため、２０秒
、３０秒あるいは６０秒の間は一定の周期の光刺激を与
える本発明の装置では、特に光の明暗周期と呼吸周期と
のマツチングが良好となる。

ここで、平均呼吸周期を２０秒、３０秒もしくは６０秒
ごとに検出するのは、生体の特に入眠時の睡眠が上記の
時間間隔で浅くなったり深くなったりしながら変化し、
睡眠へ結果的に移行するから、その生理的現象に対応さ
せるためである。

また、呼吸周期の平均値よりも少し遅い周期の刺激を出
力するのは、覚醒時に比べて睡眠時には呼吸数の平均値
、分散値が減少することが知られており、これに対応す
るように、呼吸の周期の平均値もしくは少し遅い周期の
刺激を出力すると、生体をより深い睡眠状態に誘導しや
すくなることが分かったためである。これとは逆に、平
均呼吸周期よりも少し早い周期の刺激を出力する場きも
あるが、それは睡眠時に呼吸数が覚醒時よりも多くなる
生体もあるからである。

覚醒時から入眠までの光の明暗と、生体の呼吸のリズム
の関係を第７図に示す。第７図（ａ）は光の明暗の変化
を示している。２０秒、３０秒あるいは６０秒の間は、
その前の平均呼吸周期の０゜９〜１．２倍程度の周期Ｔ
で明暗を繰り返している。第７図（１１）では、明るい
ときに生体が吸気をしている。覚醒時には呼吸周期のば
らつきが大きいので、明るいときと吸気のタイミングが
ずれることがあるが、直ぐに、明るいときに吸気が行わ
れるように同期して行くことが分かる。第７図（ｃ）で
は、暗いときに生体が吸気をしているので、光の明暗と
吸気のタイミングがずれるが、直ぐに今度は明るいとき
に吸気をするように呼吸を調整しており、次第に規則的
な呼吸に整えられて行くことが分かる。このようにして
、生体は呼吸を整えて、リラックスして行き、入眠状態
に入る。なお、生体が明るいときに吸気をするが、暗い
ときに吸気するかは、個人（又はそのときの状態）によ
って異なる結果が出ている。生体は自己が合わせやすい
方で光の明暗と吸気のタイミングを合わせている。

１１１１ また、入眠判定についての別の実施態様として、呼吸数
又は呼吸周期の複数の入眠パターンを考慮に入れて入眠
判定の確実化を図る方法がある。すなわち、呼吸数につ
いては、第８図（ａ）の破線で示すように、眠りがある
程度深くなるまでは徐々に減少して行き、その後、はぼ
一定の値を取る第１のパターンと、同図（ａ）の実線で
示すように、入眠直前に一時的に極端に減少し、その後
、再び増加して安定値を示す第２のパターンがある。ま
た、呼吸周期の分散については、第８図（ｂ）の破線で
示すように、眠りかある程度深くなるまでは、除々に小
さな値を取るが、その後、はぼ一定値を示す第１のパタ
ーンと、同図（ｂ）の実線で示すように、入眠直前に一
時的に極端に分散値が高くなり、その後、急速に減少し
てほぼ一定値を示すという第２のパターンがある。いず
れも、第１のパターンは従来から知られていた変化パタ
ーンであり、第２のパターンは本発明者らの研究の結果
判明した変化パターンである。そこで、上述の演算回路
４１で呼吸数又は周期の分散を演算し、これらのデータ
の変化を監視し、第１又は第２のパターンが検出された
場合には、入眠したと判定する。

このように、第１のパターンのみならず、第２のパター
ンも考慮に入れれば、入眠判定に際して個人による差が
なくなり、高い信頼性で入眠を判定することができるの
である。

実１」月１の− また、刺激の与え方についての別の実施態様として、上
述した所定周期の刺激に加えて、ある−定周期の刺激を
併用して、これらの刺激を交互に数回繰り返して生体に
付与することにより、−層効果的な睡眠誘導が行える。

この場合、演算・制御部４のタイマー４２からの時間信
号は刺激開始初期には所定の回数置きで間引いて演算回
路４１に与えられ、刺激開始から数分が経過した後には
毎回演算回路４１に与えられる。また、呼吸周期ＴＲ１
〜ＴＲ５を５個のメモリから呼び出して、その平均値Ｔ
ＡＶを演算するときに、直前の呼吸検出ができない場き
には、予めメモリーされた周期（例えば４５秒〜６秒程
度）を出力する。

第１０図は本実施Ｆ９様による刺激の与え方を一例とし
て示している０図中、横軸は刺激開始時点からの経過時
間を表している。また、斜線部は通常の呼吸より長目の
周期（例えば約５秒）の刺激を与えている期間であり、
それ以外の空白部は生体の平均呼吸周期に合わせた刺激
を与えている期間である。この実施態様によれば、通常
の呼吸より長目の周期に合わせた呼吸と、生体の平均呼
吸周期に合わせた呼吸とが刺激開始初期に交互に数回、
所定の時間毎に繰り返し行われる。これにより、自然に
ゆったりと呼吸できることになり、深呼吸したときのよ
うに気持ちが落ち着き、−層リラックス効果が高まって
迅速な睡眠誘導を実現できる。

これは、自呼吸より少し長目の周期に合わせて呼吸をす
ると、深呼吸をしたときのように気持ちが落ち着きやす
いからである。また、交互に生体の平均呼吸周期に合わ
せた刺激を与えているので、自呼吸との違和感も生じに
＜＜、意識レヘルの低下を促進しやすいという利点があ
る。

第１０図は睡眠誘導装置の外観を例示している。

図中、１３は呼吸信号受信部であり、無線て送られてく
る呼吸信号を受信する。４６は装置操作部であり、演算
・制御部４に動作開始あるいは停止の指示を与えるとき
に操作されるものである。４７は表示部であり、演算・
制御部４の動作（例えば刺激開始後の経過時間や入眠判
定の有無等）を表示する。５０は調光等を行うための光
制御部、６０は電球等を内蔵する光発生部である。

第１１図及び第１２図は呼吸センサの外観を例示してい
る。第１１図に示す呼吸センサｌｌａはクリップ（はさ
み）型の形状を有し、無線で呼吸信号を送信する。また
、第１２図に示す呼吸センサ１１ｂはバンド型の形状を
有し、有線で呼吸信号を送信する。

なお、上記の実施例にあっては、入眠促進のための刺激
として、光を使用しているが、その他の刺激としては、
音、振動、風、香りなどが考えられる。ただし、音、振
動、風などは所定の周波数で発生させて、その包絡線を
所定の周期で振幅変調することが必要となる。

「発明の効果」 本発明の睡眠誘導装置にあっては、生体の呼吸を検出す
る呼吸検出部と、呼吸検出部により検出された生体の呼
吸周期に基づく所定周期の刺激を生体に与える刺激出力
装置とを有するので、生体の状態に応してより深い睡眠
状態へ誘導するための刺激を与えることができ、落ち着
いて整然とした呼吸が余り意識せずに自然に得られ、且
つスムーズに深い睡眠に短時間で達することができると
いう効果がある。

また、刺激の周期は一定時間毎に検出した平均呼吸周期
に近い周期とすれば、寝返りによる刺激の変動が生じに
くく、次の段階の意識低下状態に合わせた刺激を与えて
、深い睡眠状態への移行を円滑に行うことが可能となる
。

さらに、刺激の大きさは時間経過と共に漸減するように
すれば、覚醒時や浅い睡眠状態では刺激レベルを高くし
て呼吸と刺激の同期を収りやすくすることができ、深い
睡眠状態では刺激レベルを下げて睡眠を安定化させるこ
とができるという効果がある。

さらにまた、生体の呼吸周期に基つく所定周期の刺激と
、ある一定周期の刺激とを、ある時間毎に交互に繰り返
し生体に与えれば、生体に違和感を与えることなく、長
目の呼吸周期に誘導することができ、より速やかな睡眠
誘導が実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック回路図、第２図乃
至第９図は同上の動作説明図、第１０図は本実施例の睡
眠誘導装置の外観を示す斜視図、第１１図及び第１２図
は同上に用いるそれぞれ別の呼吸センサの外観を示す斜
視図である。 １は呼吸検出部、２は呼吸周期検出部、３は時間計測部
、４は演算・制御部、５は駆動回路部、６は刺激出力装
置である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）生体の呼吸を検出する呼吸検出部と、呼吸検出部
   により検出された生体の呼吸周期に基づく所定周期の刺
   激を生体に与える刺激出力装置とを有することを特徴と
   する睡眠誘導装置。
2. （２）刺激の周期は一定時間毎に検出した平均呼吸周期
   に近い周期であることを特徴とする請求項１記載の睡眠
   誘導装置。
3. （３）刺激の大きさは時間経過と共に漸減することを特
   徴とする請求項１又は２に記載の睡眠誘導装置。
4. （４）刺激出力装置は、呼吸周期に基づく所定周期の刺
   激と、ある一定周期の刺激を、ある時間毎に交互に繰り
   返して出力する装置であることを特徴とする請求項１記
   載の睡眠誘導装置。