JP2023066909A - Sleep apnea determination device, sleep apnea determination method, and sleep apnea determination program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被験者の睡眠時無呼吸症候群を判定する睡眠時無呼吸症候群判定装置、睡眠時無呼吸症候群判定方法および睡眠時無呼吸症候群判定プログラムに関する。 The present invention relates to a sleep apnea syndrome determination device, a sleep apnea syndrome determination method, and a sleep apnea syndrome determination program for determining sleep apnea syndrome of a subject.
医療現場では、睡眠障害や睡眠時無呼吸症候群を診断するために、被測定者の睡眠状態を測定することが行われている。人間の睡眠段階は、睡眠の深さの観点で6段階に分類したものが知られており、その6つの睡眠段階は、眠りが浅い段階から順に、覚醒、レム睡眠、ノンレム睡眠(ステージ1~4)と呼ばれている。これらの6段階の睡眠段階の判定は、従来、例えば被計測者の顔や頭部に多数の電極を装着して、その多数の電極から脳波、眼球運動、および顎筋電を測定し、測定結果の解析により行われていた。
In medical practice, the sleep state of a subject is measured in order to diagnose sleep disorders and sleep apnea syndrome. It is known that the human sleep stage is classified into six stages from the viewpoint of the depth of sleep, and the six sleep stages are wakefulness, REM sleep, non-REM sleep (
また、睡眠時無呼吸症候群の患者は、睡眠時に無呼吸になって、息が苦しくなって眠りが浅くなり、睡眠段階が覚醒の状態になることが多く、無呼吸症候群の診断を行う上でも、睡眠段階を測定する必要がある。
但し、睡眠時無呼吸症候群の判定を行うためには、睡眠段階の測定の他に、口と鼻の気流などの呼吸に伴った空気の流れの測定や、胸部および腹部の換気運動などの様々な測定を同時に行う必要がある。そして、睡眠段階の解析結果と呼吸状態の測定結果などに基づいて、医師が無呼吸症候群であるか否かを診断している。
In addition, patients with sleep apnea syndrome often experience apnea during sleep, difficulty breathing, light sleep, and awake sleep stages. , sleep stages should be measured.
However, in order to determine sleep apnea syndrome, in addition to the measurement of sleep stages, various measurements such as air flow associated with breathing such as mouth and nose air flow and ventilation movements of the chest and abdomen are required. measurements must be made simultaneously. Then, based on the analysis result of the sleep stage and the measurement result of the respiratory state, the doctor diagnoses whether or not the patient has an apnea syndrome.
このような診断を行うために必要な、顔や頭部に多数の電極を装着した状態での睡眠の検査は、通常、医療機関に宿泊して、長時間連続して電極を身体に装着して行う検査であり、被測定者(患者)に精神的な負担と肉体的な負担を強いることになる。また、取得したデータは、専門知識と経験を持つ医師が解析して判定する必要がある。このため、睡眠時無呼吸症候群の判定は、簡単にできなかった。 Sleep tests with a large number of electrodes attached to the face and head, which are necessary for making such a diagnosis, are usually performed by staying at a medical institution and attaching electrodes to the body continuously for a long time. This is an examination performed by the patient, and imposes a mental and physical burden on the person (patient) to be measured. In addition, the acquired data must be analyzed and judged by a doctor with specialized knowledge and experience. For this reason, sleep apnea syndrome cannot be determined easily.
睡眠段階の測定に関する問題を解決するために、専門医師による診断を不要とする睡眠段階推定手法は、従来から数多く提案されている。
例えば、特許文献1には、遺伝的アルゴリズムによる学習手法を改良したDatabase-based Compact Genetic Algorithmと称される手法であって、マットレス型圧力センサの検出データから睡眠段階を推定する技術が記載されている。この特許文献1に記載された技術は、マットレス型圧力センサが検出した被測定者の体動と心拍に基づいて、睡眠段階を推定するものである。特許文献1に記載の技術によれば、マットレス型圧力センサを使って睡眠段階を推定することで、被測定者に負担を強いることなく、被測定者の睡眠状態を推定することができる。
In order to solve the problems related to sleep stage measurement, many sleep stage estimation methods that do not require diagnosis by a specialist have been proposed.
For example,
上述したように、無呼吸症候群の患者が睡眠時に無呼吸になることで、息が苦しくなって眠りが浅くなり、睡眠段階が覚醒の状態になることが多々ある。このため、マットレス型圧力センサの検出データ、つまり体動の検出データを使って睡眠段階を検出することは、無呼吸症候群の判定の一つの指標になる。 As described above, when patients with apnea syndrome develop apnea during sleep, breathing becomes difficult, sleep becomes light, and the sleep stage often shifts to an arousal state. For this reason, detecting sleep stages using the detection data of the mattress-type pressure sensor, that is, the body movement detection data, is an index for determining apnea syndrome.
睡眠中の睡眠段階が覚醒になることが多い場合に、無呼吸症候群になる可能性があるという点は、例えば後述する図4の健常者の睡眠段階の変化例(a)と無呼吸症候群の患者の睡眠段階の変化例(b)とを比較すると分かる。すなわち、図4から分かるように、無呼吸症候群の患者の方が、健常者と比べて覚醒の睡眠段階が多く発生している。
しかしながら、健常者であっても、状況によっては深い睡眠ができない場合も多々あり、睡眠中の睡眠段階が覚醒になる回数が多いからと言って、それだけで無呼吸症候群と判断することはできない。このため、無呼吸症候群をより的確な判定することが急務となっていた。
The point that there is a possibility of apnea syndrome when the sleep stage during sleep often becomes arousal is, for example, the change in the sleep stage of a healthy person in FIG. This can be seen by comparing the change in the patient's sleep stage (b). In other words, as can be seen from FIG. 4, the patients with apnea syndrome have more awakening sleep stages than the healthy subjects.
However, even in healthy people, there are many cases in which deep sleep is not possible depending on the situation, and it is not possible to judge that apnea syndrome is present simply because of the large number of awakenings in the sleep stage during sleep. Therefore, there is an urgent need to more accurately determine apnea syndrome.
本発明は、睡眠時無呼吸症候群の判定を行うことが可能な無呼吸症候群判定装置、無呼吸症候群判定方法および無呼吸症候群判定プログラムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an apnea syndrome determination device, an apnea syndrome determination method, and an apnea syndrome determination program capable of determining sleep apnea syndrome.
本発明の睡眠時無呼吸症候群判定装置は、被測定者の睡眠段階を一定時間ごとに判定した結果の睡眠段階の変化に基づいて、被測定者が睡眠時無呼吸症候群であると判定する睡眠時無呼吸症候群判定部を備える。 The apparatus for determining sleep apnea syndrome of the present invention determines that the person to be measured has sleep apnea syndrome based on changes in the sleep stage as a result of determining the sleep stage of the person to be measured at regular time intervals. An occasional apnea syndrome determination unit is provided.
また、本発明の睡眠時無呼吸症候群判定方法は、被測定者の睡眠段階を一定時間ごとに判定した結果の睡眠段階の変化に基づいて、被測定者が睡眠時無呼吸症候群であると判定する睡眠時無呼吸症候群判定処理を含む。 Further, the sleep apnea syndrome determination method of the present invention determines that the subject has sleep apnea syndrome based on changes in the sleep stage as a result of determining the sleep stage of the subject at regular intervals. including sleep apnea syndrome determination processing.
また、本発明の睡眠時無呼吸症候群判定プログラムは、上記の睡眠時無呼吸症候群判定方法が行う各処理を手順としてコンピュータに実行させるものである。 Further, the sleep apnea syndrome determination program of the present invention causes a computer to execute each process performed by the sleep apnea syndrome determination method as a procedure.
本発明によると、睡眠時無呼吸症候群の患者に特有の睡眠段階の変化が現れることを利用して、精度の高い睡眠時無呼吸症候群の判定ができるようになる。したがって、睡眠中の睡眠段階を測定したデータを使って、簡単に睡眠時無呼吸症候群の判定を行うことが可能になる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to determine sleep apnea syndrome with high accuracy by utilizing the fact that sleep stage changes peculiar to patients with sleep apnea syndrome appear. Therefore, it is possible to easily determine sleep apnea syndrome using data obtained by measuring sleep stages during sleep.
以下、本発明の一実施の形態例(以下、「本例」と称する)について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明や図面では、睡眠時無呼吸症候群をSAS、睡眠時無呼吸症候群の患者をSAS患者と称する。また、以下の説明で健常者と述べた場合には、SAS患者でない者を示す。
[1.睡眠時無呼吸症候群判定装置の構成]
図1は、本例の睡眠時無呼吸症候群判定装置10の構成を示すブロック図である。
図2は、本例の睡眠時無呼吸症候群判定装置10を使って睡眠時無呼吸症候群の判定を行う状態の例を示す図である。
An embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "this example") will now be described with reference to the drawings. In the following description and drawings, the sleep apnea syndrome is referred to as SAS, and the sleep apnea syndrome patient is referred to as the SAS patient. In addition, when referring to healthy subjects in the following description, it means those who are not SAS patients.
[1. Configuration of sleep apnea syndrome determination device]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a sleep apnea
FIG. 2 is a diagram showing an example of a state in which sleep apnea syndrome determination is performed using the sleep apnea
本実施の形態例の睡眠時無呼吸症候群判定装置10は、被測定者の生体振動をマットレスセンサ2で圧力データとして取得する。この生体振動には、被測定者の体動による振動成分の他に、心拍や呼吸による振動成分が含まれる。マットレスセンサ2は、被測定者Aの睡眠中の上半身の生体振動を圧力の変化として検出する。なお、マットレスセンサ2は、例えば図2に示すように、被測定者Aが睡眠を行うベッド1のマットレスの上あるいは下に敷いて用いられる。被測定者Aの下側になるマットレスの上にマットレスセンサ2を配置するのは一例であり、例えばマットレスの中にマットレスセンサ2を内蔵させてもよい。
The sleep apnea
図2では、ベッド1の脇に睡眠時無呼吸症候群判定装置10を設置し、マットレスセンサ2と睡眠時無呼吸症候群判定装置10をケーブルで接続した例を示すが、例えばマットレスセンサ2が取得した圧力データ(生体振動データ)を、無線伝送で別の部屋の睡眠時無呼吸症候群判定装置10に伝送するようにしてもよい。
以下の説明では、マットレスセンサ2が出力する圧力データを、生体振動データと称する。
なお、生体振動データを圧力センサから得るのは一例であり、その他のセンサを使ってもよい。例えば、赤外線センサやレーザなどを使って、非接触で睡眠中の被測定者の振動を測定してもよい。
FIG. 2 shows an example in which the sleep apnea
In the following description, the pressure data output by the
It should be noted that obtaining biological vibration data from a pressure sensor is an example, and other sensors may be used. For example, an infrared sensor, a laser, or the like may be used to measure the vibration of the subject during sleep without contact.
睡眠時無呼吸症候群判定装置10は、図1に示すように、生体データ取得部11、生体データ処理部12、睡眠段階判定部13、睡眠時無呼吸症候群判定部(以下、「SAS判定部」と称する)14および出力部15を備える。
生体データ取得部11は、マットレスセンサ2が出力する生体振動データを取得する生体データ取得処理を行う。生体データ取得部11が取得した生体振動データは、生体データ処理部12に供給される。
The sleep apnea
The biometric
生体データ処理部12は、供給される生体振動データをサンプリングしてデジタルデータ化し、デジタルデータ化された生体振動データの周波数のパワースペクトルを算出する。この生体振動データの周波数のパワースペクトルを算出する処理は、30秒周期で行われる。但し、本例では、実際には1回の算出を32秒間行い、その32秒間の算出を30秒周期で、つまり2秒間だけ重なって行うようにしている。
The biological
なお、生体データ処理部12が30秒周期でパワースペクトルを算出するのは一例であり、30秒よりも短い周期、または30秒よりも長い周期でパワースペクトルを算出してもよい。例えば、生体データ処理部12は、60秒周期でパワースペクトルを算出してもよい。1回の算出において、2秒間重なるようにした点も一例であり、重なる期間がないようにしてもよい。
そして、生体データ処理部12は、睡眠中の一定期間ごとのパワースペクトルの算出結果を、睡眠段階判定部13とSAS判定部14に供給する。
It should be noted that the calculation of the power spectrum by the biological
Then, the biological
睡眠段階判定部13は、一定期間ごとのパワースペクトルの算出結果に基づいて、その期間の被測定者の睡眠段階を判定する。この睡眠段階を判定する際には、パワースペクトルだけでなく、生体振動データを算出して得られる様々な特徴量を使って判定してもよい。また、機械学習の1つであるランダムフォレストを用いて、特徴量のデータから睡眠段階を判定してもよい。
The sleep
睡眠段階としては、睡眠段階が浅い方から順に、覚醒(WAKE:W)、レム睡眠(R)、ノンレム睡眠(NR)があり、ノンレム睡眠については、ステージ1からステージ4の4段階(NR1-NR4)に分けられる。したがって、睡眠段階は、合計で6段階に分けられることになる。6段階の睡眠段階の中では、ステージ4のノンレム睡眠(NR4)が最も深い睡眠段階である。但し、実際の睡眠でステージ4のノンレム睡眠のような深い睡眠段階になることは稀である。
なお、図面では、ステージ1~4のノンレム睡眠については、「NR」を省略して「N1」~「N4」または「1」~「4」と称する場合もある。
本例の睡眠段階判定部13は、生体振動データから睡眠段階を判定するようにしたが、睡眠段階判定部13は、脳波などのその他の生体データから睡眠段階を判定してもよい。
As sleep stages, there are wakefulness (WAKE: W), REM sleep (R), and non-REM sleep (NR) in order from the lightest sleep stage. Non-REM sleep has four stages from
In the drawings, stages 1 to 4 of NREM sleep may be referred to as "N1" to "N4" or "1" to "4" by omitting "NR".
Although the sleep
SAS判定部14は、被測定者Aの1回の睡眠中(入眠から起床までの間)の一定期間ごと(30秒ごと)の睡眠段階の特定の変化の発生状況から、被測定者が睡眠時無呼吸症候群(SAS)か否かを判定する。SAS判定部14が、具体的に判断する睡眠段階の変化の例については後述する。
The
出力部15は、SAS判定部14が判定した睡眠時無呼吸症候群か否かの結果を出力する。出力部15は、例えば表示装置により構成され、睡眠時無呼吸症候群の判定結果を表示する。あるいは、出力部15を記録装置として構成して、一晩の睡眠状態などと共に睡眠時無呼吸症候群の判定結果を記録するようにしてもよい。また、出力部15が表示または記録を行う際には、睡眠時無呼吸症候群の判定結果だけでなく、睡眠段階の判定結果の表示または記録を同時に行うようにしてもよい。
The
さらに、出力部15を外部の別の端末として、ネットワーク経由で判定結果を伝送するようにしてもよい。例えば、出力部15を予め登録されたスマートフォンとして、判定結果を伝送してもよい。
なお、本例の睡眠時無呼吸症候群判定装置10は、睡眠時のデータ取得と判定をリアルタイムで行うようにしてもよい。一方、睡眠時無呼吸症候群判定装置10は、睡眠時には生体データ取得部11が生体振動データの取得のみを行い、取得したデータを記録しておき、後日、記録データを使って判定までの処理を行うようにしてもよい。
Further, the
In addition, the sleep apnea
[2.睡眠時無呼吸症候群判定装置のハードウェア構成例]
図3は、睡眠時無呼吸症候群判定装置10をコンピュータ装置で構成した場合のハードウェア構成例を示す。
コンピュータ装置Cは、バスC8に接続されたCPU(Central Processing Unit:中央処理装置)C1、ROM(Read Only Memory)C2、およびRAM(Random Access Memory)C3を備える。さらに、コンピュータ装置Cは、不揮発性ストレージC4、ネットワークインターフェイスC5、入力装置C6、および表示装置C7を備える。
[2. Hardware configuration example of sleep apnea syndrome determination device]
FIG. 3 shows a hardware configuration example when the sleep apnea
The computer device C includes a CPU (Central Processing Unit) C1, a ROM (Read Only Memory) C2, and a RAM (Random Access Memory) C3 connected to a bus C8. Further, computer device C comprises non-volatile storage C4, network interface C5, input device C6, and display device C7.
CPU C1は、睡眠時無呼吸症候群判定装置10の生体データ処理部12、睡眠段階判定部13、SAS判定部14が備える各機能を実現するソフトウェアのプログラムコードをROM C2から読み出して実行する。睡眠段階を判定する処理や、睡眠時無呼吸症候群を判定する処理についても、該当する処理を実行するプログラムをROM C2から読み出して、CPU C1が実行する。RAM C3には、演算処理の途中に発生した変数やパラメータ等が一時的に書き込まれる。
The CPU C1 reads from the ROM C2 the program code of the software that realizes each function of the biological
不揮発性ストレージC4としては、例えば、HDD(Hard disk drive)、SSD(Solid State Drive)、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、不揮発性のメモリ等が用いられる。この不揮発性ストレージC4には、OS(Operating System)、各種のパラメータの他に、コンピュータ装置Cを睡眠時無呼吸症候群判定装置10として機能させるためのプログラムが記録されている。また、睡眠段階判定部13が判定した睡眠段階や、SAS判定部14が判定した睡眠時無呼吸症候群の有無についてのデータも、不揮発性ストレージC4に記録される。
As the non-volatile storage C4, for example, HDD (Hard disk drive), SSD (Solid State Drive), flexible disk, optical disk, magneto-optical disk, CD-ROM, non-volatile memory and the like are used. The non-volatile storage C4 stores an OS (Operating System), various parameters, and a program for causing the computer device C to function as the sleep apnea
ネットワークインターフェイスC5には、例えば、NIC(Network Interface Card)等が用いられ、端子が接続されたLAN(Local Area Network)、専用線等を介して各種のデータを送受信することが可能である。例えば、コンピュータ装置Cは、マットレスセンサ2が出力する圧力データを、ネットワークインターフェイスC5を介して取得する。入力装置C6は、例えばキーボード等の機器で構成され、この入力装置C6により、睡眠時無呼吸症候群判定装置10で睡眠時無呼吸症候群を判定する期間の設定や、判定結果の表示形態の指示等が行われる。表示装置C7には、睡眠時無呼吸症候群判定装置10で睡眠時無呼吸症候群の判定結果が表示される。
なお、睡眠時無呼吸症候群判定装置10を、プログラム(ソフトウェア)の実行で判定装置として機能するコンピュータ装置から構成するのは一例であり、睡眠時無呼吸症候群判定装置10の一部または全ての処理を実行する専用のハードウェアを用意してもよい。
For the network interface C5, for example, a NIC (Network Interface Card) or the like is used, and various data can be transmitted and received via a LAN (Local Area Network) to which terminals are connected, a dedicated line, or the like. For example, the computer device C acquires pressure data output by the
It should be noted that the sleep apnea
[3.周波数のパワースペクトルの算出状態と睡眠段階の判定例]
次に、本例の睡眠時無呼吸症候群判定装置10の各部で行われる処理について説明する。
まず、図4を参照して、生体データ処理部12が、一定期間に睡眠中の生体振動の周波数のパワースペクトルを算出する例を説明する。既に説明したように、本例の場合には、生体データ処理部12は、32秒間のデータを、30秒間隔で処理する。
すなわち、図4に示すように、生体データ取得部11は、最初に入眠(0秒)から32秒までのマットレスセンサ2のセンサ値を取得し、以下、30秒周期で32秒間のセンサ値を取得していく。生体データ取得部11は、この生体振動データの取得を入眠から起床まで連続して行い、取得した生体振動データを、生体データ処理部12に供給する。
[3. Calculation state of frequency power spectrum and determination example of sleep stage]
Next, processing performed in each part of the sleep apnea
First, with reference to FIG. 4, an example in which the biological
That is, as shown in FIG. 4, the biometric
そして、生体データ処理部12は、32秒間の周波数のパワースペクトルを図4の右下に示すように算出する。このパワースペクトルを算出する周波数解析は、例えば高速フーリエ変換(FFT:fast fourier transform)により行われる。
本例のような睡眠中の生体振動のパワースペクトルを算出したとき、高い密度を示す周波数は、心拍による生体振動の成分と、呼吸による生体振動の成分である。通常、心拍の周波数は1Hz前後であり、呼吸による生体振動の成分は2Hz前後である。但し、SAS患者の場合には、無呼吸となる区間があるため、呼吸による生体振動が生じていない期間がある。また、寝返りなどの大きな体動がある区間では、心拍や呼吸に比べて非常に大きな体動による生体振動の成分が生じる。
Then, the biometric
When the power spectrum of the bio-vibration during sleep is calculated as in this example, the frequencies exhibiting a high density are the bio-vibration component due to heartbeat and the bio-vibration component due to respiration. Normally, the heartbeat frequency is around 1 Hz, and the component of bio-vibration due to respiration is around 2 Hz. However, in the case of an SAS patient, there is an apnea section, and therefore there is a period during which no biological vibration due to respiration occurs. In addition, in sections with large body movements such as rolling over, a bio-vibration component is generated due to body movements that are much larger than heartbeats and respirations.
睡眠段階判定部13は、この図4に示すような生体振動のパワースペクトルから、30秒間で主となる睡眠段階を判定する。生体振動のパワースペクトルから睡眠段階を判定する手法については、本願の発明者らが既に提案した手法が適用可能である。ここでは説明を省略するが、この手法によれば、例えば睡眠段階ごとに異なる特徴量の発生状況から睡眠段階を判定することができる。図4の例では、入眠から最初の30秒間は覚醒(W)と判定し、次の30秒間はステージ2のノンレム(N2)と判定している。
The sleep
図5は、ある睡眠期間での、健常者の睡眠段階を測定した例(a)と、睡眠時無呼吸症候群の患者(SAS患者)の睡眠段階を測定した例(b)を比較した図である。 FIG. 5 is a diagram comparing an example (a) of measuring the sleep stages of a healthy subject and an example (b) of measuring the sleep stages of a patient with sleep apnea syndrome (SAS patient) during a certain sleep period. be.
図5では、横軸が睡眠時間を示し、縦軸が睡眠段階を示す。縦軸の睡眠段階は、最も上側が、最も睡眠段階が浅い覚醒(WAKE)を示し、下側に行くほど、レム睡眠(REM)、ステージ1のノンレム睡眠(NREM1)、ステージ2のノンレム睡眠(NREM2)、ステージ3のノンレム睡眠(NREM3)、ステージ4のノンレム睡眠(NREM4)と順に変化して、深い睡眠段階になることを示す。
In FIG. 5, the horizontal axis indicates sleep time, and the vertical axis indicates sleep stages. The sleep stage on the vertical axis shows the lightest wakefulness (WAKE) at the top, and REM sleep (REM),
図5の例では、(a)に示す健常者と、(b)に示すSAS患者のいずれの場合も、最も深い睡眠段階は、ステージ3のノンレム睡眠(NREM3)であり、ステージ4のノンレム睡眠(NREM4)には到達していない。
図5の健常者(a)とSAS患者(b)とを比較すると判るように、SAS患者は無呼吸が原因での覚醒(WAKE)が多発している。
なお、SAS患者の場合、覚醒(WAKE)時には、舌が気道を塞ぐことにより無呼吸が起こり、その影響が拍動(心拍)の変化に現れる。
したがって、睡眠段階判定部13が睡眠段階を判定する際には、SAS患者の覚醒時に現れる特徴についても考慮した判定処理を行うのが好ましい。
In the example of FIG. 5, in both the healthy subject shown in (a) and the SAS patient shown in (b), the deepest sleep stage is
As can be seen by comparing the healthy subject (a) and the SAS patient (b) in FIG. 5, the SAS patient frequently wakes up due to apnea (WAKE).
In the case of an SAS patient, when the patient wakes up (WAKE), the tongue blocks the airway, causing apnea, and its influence appears in changes in pulsation (heart rate).
Therefore, when the sleep
ここで、本例の睡眠時無呼吸症候群判定装置10は、これらの6段階の睡眠段階が変化する状態から、以下に説明する処理手順によりSASの判定を行う。
Here, the sleep apnea
[4.睡眠時無呼吸症候群(SAS)の判定処理の流れ]
図6は、本例の睡眠時無呼吸症候群判定装置10でSASの判定を行う処理の流れを示すフローチャートである。
まず、SAS判定部14は、1回の睡眠中の90秒間の特定の変化状態の発生回数と、90秒間連続して覚醒(WAKE)となる回数との割合を比較する(ステップS11)。ここで、90秒間の特定の変化状態とは、最初の30秒間がステージ2のノンレム睡眠(NR2)となる状態、次の30秒間が覚醒(WAKE)となる状態、そして最後の30秒間がステージ1のノンレム睡眠(NR1)となる状態をいう。
[4. Flow of sleep apnea syndrome (SAS) determination processing]
FIG. 6 is a flow chart showing the flow of processing for determining SAS by the sleep apnea
First, the
また、SAS判定部14は、1回の睡眠中の睡眠段階の変化として、ステージ3またはステージ4のノンレム睡眠(NR3またはNR4)から覚醒(WAKE)になる状態の有無を判定する(ステップS12)。
In addition, the
そして、SAS判定部14は、ステップS11での比較で、特定の状態変化である、ステージ2のノンレム睡眠(NR2)、覚醒(WAKE)、ステージ1のノンレム睡眠(NR1)となる変化が、覚醒(WAKE)が90秒間連続する回数と同じか、それよりも多いか否か判定する。この判定で、特定の状態変化が、覚醒(WAKE)が90秒間連続する回数と同じか、それよりも多い場合、SAS判定部14は、被測定者がSAS患者であると判定する。
Then, in the comparison in step S11, the
さらに、SAS判定部14は、ステップS12での判定で、ステージ3またはステージ4のノンレム睡眠(NR3またはNR4)から覚醒(WAKE)になる状態が1回でもある場合、被測定者がSAS患者であると判定する(ステップS13)。そして、これらの判定でSAS患者に該当しない場合には、SAS判定部14は、被測定者がSAS患者でないと判定する。この判定結果は、出力部15から出力される。
Furthermore, in the determination in step S12, the
[5.実際の測定データによる検証]
次に、図6のステップS13での判定で、SASの判定が正しくできることを、実際の測定データから取得した睡眠段階の変化例で説明する。
図7は、9人のSAS患者D11~D19の1回の睡眠時の連続した3回の測定期間(90秒間)の変化として現れたものの一覧と、各変化の発生回数を示す。
図8は、9人の健常者D21~D29の1回の睡眠時の連続した3回の測定期間(90秒間)の変化として現れたものの一覧と、各変化の発生回数を示す。
図7および図8に示す各SAS患者D11~D19および健常者D21~D29のデータの内で、左側のものが最も発生回数が多い変化である。
[5. Verification using actual measurement data]
Next, the fact that the SAS can be correctly determined in the determination in step S13 of FIG. 6 will be described using examples of sleep stage changes obtained from actual measurement data.
FIG. 7 shows a list of changes that appeared during three consecutive measurement periods (90 seconds) during one sleep of nine SAS patients D11 to D19, and the number of occurrences of each change.
FIG. 8 shows a list of changes that appeared during three consecutive measurement periods (90 seconds) during one sleep of nine healthy subjects D21 to D29, and the number of occurrences of each change.
Among the data of SAS patients D11-D19 and healthy subjects D21-D29 shown in FIGS. 7 and 8, the change on the left is the change that occurs most frequently.
図7および図8の見方を説明すると、例えば、図7の最上段の各SAS患者D11の左端の変化「WWW」は、覚醒(WAKE)が3回連続して(90秒間)、発生したことを示し、その下の「14」が、1回の睡眠中に該当する覚醒(WAKE)が3回連続して発生した回数が14回であることを示す。また、「14」の下の数値「0.285714」は、覚醒が3回連続して発生する割合を示す。つまり、この例では覚醒が3回連続して発生する割合が約28.5%であることを示している。 7 and 8, for example, the change "WWW" at the left end of each SAS patient D11 in the top row of FIG. , and “14” below it indicates that the number of times the corresponding awakening (WAKE) occurred three times consecutively during one sleep is 14 times. In addition, the numerical value "0.285714" under "14" indicates the rate at which awakening occurs three times in succession. In other words, in this example, the ratio of three consecutive awakenings is about 28.5%.
以下に、図7および図8に示す記号と、それらが示す90秒間に順に発生する3つの睡眠段階の意味の代表例を示す。
・WWW:覚醒→覚醒→覚醒
・2WW:ステージ2のノンレム睡眠→覚醒→覚醒
・2W2:ステージ2のノンレム睡眠→覚醒→ステージ2のノンレム睡眠
・2W1:ステージ2のノンレム睡眠→覚醒→ステージ1のノンレム睡眠
・1WW:ステージ1のノンレム睡眠→覚醒→覚醒
・1W1:ステージ1のノンレム睡眠→覚醒→ステージ1のノンレム睡眠
・WW1:覚醒→覚醒→ステージ1のノンレム睡眠
・3W1:ステージ3のノンレム睡眠→覚醒→ステージ1のノンレム睡眠
・3WW:ステージ3のノンレム睡眠→覚醒→覚醒
・4W3:ステージ4のノンレム睡眠→覚醒→ステージ3のノンレム睡眠
・RWW:レム睡眠→覚醒→覚醒
・RW1:レム睡眠→覚醒→ステージ1のノンレム睡眠
・RWR:レム睡眠→覚醒→レム睡眠
Below are representative examples of the symbols shown in FIGS. 7 and 8 and the meaning of the three sleep stages that occur in sequence during the 90 seconds they represent.
・WWW: Awakening → Awakening → Awakening ・2WW:
・RWW: REM sleep → Awakening → Awakening ・RW1: REM sleep → Awakening →
図7および図8に示す各データを解析した例を、図9以降で順に説明する。
図9は、図7のSAS患者D11~D19のデータごとに、ステージ2のノンレム睡眠→覚醒→ステージ1のノンレム睡眠の順序(以下、「2W1」の順序と称する)で睡眠段階が変化した回数と、3回覚醒が連続した場合(「WWW」の順序と称する)の回数とを、比較したものである。
同様に、図10は、図8の健常者D21~D29のデータごとに、「2W1」の順序で睡眠段階が変化した回数と、3回覚醒が連続した「WWW」の順序の回数とを、比較したものである。
An example of analyzing each data shown in FIGS. 7 and 8 will be described in order from FIG. 9 onwards.
FIG. 9 shows the number of times the sleep stage changed in the order of
Similarly, FIG. 10 shows, for each data of healthy subjects D21 to D29 in FIG. This is a comparison.
ここで、図9のSAS患者D11~D19の場合、「2W1」の順序で睡眠段階が変化した回数が、「WWW」の順序で睡眠段階が変化した回数と同じか、それよりも多いことをSAS患者とすると、9人の内の6人のSAS患者D12,D13,D14,D17,D18,D19がSAS患者に該当する。なお、SAS患者D19の場合には、「WWW」の順序での睡眠段階の変化が発生していない。つまり、覚醒が90秒間続く状態が発生していない。 Here, in the case of SAS patients D11 to D19 in FIG. 9, the number of times the sleep stages changed in the order "2W1" was the same or greater than the number of times the sleep stages changed in the order "WWW". As for SAS patients, six SAS patients D12, D13, D14, D17, D18, and D19 out of the nine are SAS patients. In the case of the SAS patient D19, the sleep stages did not change in the order of "WWW". In other words, a state in which awakening continues for 90 seconds has not occurred.
一方、図10の健常者D21~D29の場合、9人すべてが、「WWW」の順序で睡眠段階が変化した回数の方が、「2W1」の順序で睡眠段階が変化した回数よりも多い。
したがって、「2W1」の順序で睡眠段階が変化した回数が、「WWW」の順序で睡眠段階が変化した回数と同じか、それよりも多い場合に、SAS患者と判定することで、比較的高い精度でSAS患者の判定が可能になる。例えば図9の例の場合には、SAS患者と判定する正解率が66.7%という高い値になる。また、図10の例の場合には、SAS患者でないと判定する正解率が100%である。
On the other hand, in the case of healthy subjects D21 to D29 in FIG. 10, the number of sleep stage changes in the order of "WWW" is greater for all nine than the number of sleep stage changes in the order of "2W1".
Therefore, if the number of times the sleep stage changes in the order of "2W1" is equal to or greater than the number of times the sleep stage changes in the order of "WWW", it is determined that the SAS patient is relatively high. SAS patients can be determined with accuracy. For example, in the case of the example of FIG. 9, the correct rate for determining a patient with SAS is a high value of 66.7%. Further, in the case of the example of FIG. 10, the correct rate of determining that the patient is not an SAS patient is 100%.
なお、90秒間に「2W1」の順序の変化が発生する状態は、90秒間の中間で約30秒間だけ一時的に覚醒になる状態である。一時的に覚醒になる状態は、SAS患者の場合は、無呼吸状態が発生したことに起因して発生する可能性が高い。逆に健常者の場合には、そのような短時間だけの覚醒が発生する頻度は非常に少なく、90秒間に覚醒が連続する「WWW」の順序となる状態が比較的頻繁に発生する。 It should be noted that the state in which the order change of "2W1" occurs in 90 seconds is a state of temporary awakening for about 30 seconds in the middle of 90 seconds. Temporary wakefulness is likely due to the occurrence of an apnea in SAS patients. Conversely, in the case of a healthy person, the frequency of such short-time awakenings is very low, and the state of "WWW" sequence in which the awakenings continue for 90 seconds occurs relatively frequently.
図11は、図7のSAS患者D11~D19のデータごとに、睡眠段階が、ステージ3のノンレム睡眠またはステージ4のノンレム睡眠から、覚醒に変化した状態が発生(以下、「3W/4W」の発生と称する)した回数を示す。
同様に、図12は、図8の健常者D21~D29のデータごとに、「3W/4W」の発生がある回数を示す。
FIG. 11 shows that for each data of SAS patients D11 to D19 in FIG. 7, a state in which the sleep stage changed from
Similarly, FIG. 12 shows the number of occurrences of “3W/4W” for each data of healthy subjects D21 to D29 in FIG.
この「3W/4W」は、図11の9人のSAS患者D11~D19の内の7人のSAS患者D11,D12,D13,D15,D16,D17,D19に発生している。
一方、図12の健常者D21~D29の場合、9人の内の一人D21だけに、「3W/4W」が発生している。
したがって、「3W/4W」の発生がある場合に、SAS患者と判定することで、高い精度でSAS患者の判定が可能になる。例えば図11の例の場合には、SAS患者と判定する正解率が100%になる。また、図12の例の場合には、SAS患者でないと判定する正解率が89%である。
This "3W/4W" occurs in seven SAS patients D11, D12, D13, D15, D16, D17 and D19 out of nine SAS patients D11 to D19 in FIG.
On the other hand, in the case of healthy subjects D21 to D29 in FIG. 12, only one of the nine subjects, D21, has "3W/4W".
Therefore, when "3W/4W" occurs, it is possible to determine an SAS patient with high accuracy by determining that the patient is an SAS patient. For example, in the case of the example of FIG. 11, the accuracy rate for determining a patient with SAS is 100%. Further, in the case of the example of FIG. 12, the correct rate of determining that the patient is not an SAS patient is 89%.
なお、「3W/4W」の発生、つまりステージ3またはステージ4のノンレム睡眠から、いきなり覚醒の睡眠段階への変化は、深い睡眠段階から最も浅い睡眠段階への変化である。この深い睡眠段階から最も浅い睡眠段階への変化は、健常者では稀にしか発生しないのに対して、SAS患者の場合には、深い睡眠段階での睡眠中に、無呼吸となることで発生する可能性がある。
Note that the occurrence of "3W/4W", that is, the change from
図13は、図7の9人のSAS患者D11~D19のデータについて、「2W1」の順序で睡眠段階が変化した回数が、「WWW」の順序で睡眠段階が変化した回数と同じか、それよりも多い場合と、「3W/4W」の発生がある場合のいずれか一方の条件を満たした場合に、SAS患者であると判定した例を示している。この図13の判定は、図6のフローチャートのステップS13で行う判定に相当する。
この図13に示す例の場合には、SAS患者と判定する正解率は、100%になっている。
FIG. 13 shows whether the number of sleep stage changes in the order “2W1” is the same as the number of sleep stage changes in the order “WWW” for the data of the nine SAS patients D11-D19 in FIG. This example shows an example in which an SAS patient is determined to be an SAS patient when either one of the following conditions is satisfied: more than 3W/4W. The determination in FIG. 13 corresponds to the determination in step S13 of the flowchart in FIG.
In the case of the example shown in FIG. 13, the accuracy rate for determining SAS patients is 100%.
図14は、図8の9人の健常者D21~D29のデータについて、「2W1」の順序で睡眠段階が変化した回数が、「WWW」の順序で睡眠段階が変化した回数未満である場合と、「3W/4W」の発生がない場合のいずれか一方の条件を満たした場合に、SAS患者でないと判定した例を示す。
この図14に示す例の場合には、SAS患者でないと判定する正解率は、89%になる。
FIG. 14 shows the data of nine healthy subjects D21 to D29 in FIG. , , and "3W/4W" are not generated.
In the case of the example shown in FIG. 14, the correct rate of determining that the patient is not an SAS patient is 89%.
したがって、本例の睡眠時無呼吸症候群判定装置10によると、睡眠段階の変化から、非常に精度の高い睡眠時無呼吸症候群の患者の判別が可能になる。
なお、ここまで説明した実施の形態例では、非拘束型のマットレスセンサ2の測定データから睡眠段階を取得するようしたが、睡眠段階の取得は、この例に限定されない。例えば、終夜睡眠ポリグラフィー検査(PGS検査)で、被測定者に電極を取り付けて睡眠段階を取得し、その取得した睡眠段階の変化から、本例の睡眠時無呼吸症候群判定装置10が睡眠時無呼吸症候群の患者の判別を行ってもよい。また、拘束型であるスマートウォッチ等のウェアラブル端末の測定データから睡眠段階を取得し、その取得した睡眠段階の変化から、本例の睡眠時無呼吸症候群判定装置10が睡眠時無呼吸症候群の患者の判別を行ってもよい。
Therefore, according to the sleep apnea
In addition, in the embodiment described so far, the sleep stage is acquired from the measurement data of the
[6.変形例]
なお、上述した実施の形態例で説明した処理は、好適な一例を示したものであり、実施の形態例で説明したものに限定されるものではない。
例えば、上述した実施の形態例では、睡眠時無呼吸症候群判定装置10は、30秒ごとに睡眠段階を判定し、その30秒ごとの睡眠段階の変化から、SAS患者か否かを判定するようにした。これに対して、睡眠時無呼吸症候群判定装置10は、60秒程度、90秒程度などの比較的長い期間ごとに睡眠段階を判定した結果から、SAS患者か否かを判定してもよい。本実施の形態の睡眠時無呼吸症候群判定装置10では、少なくとも30秒以上の期間ごとに睡眠段階を判定すれば、SAS患者に特有の変化を捉えることができる。
[6. Modification]
It should be noted that the processing described in the above-described embodiment is a preferred example, and the processing is not limited to that described in the embodiment.
For example, in the above-described embodiment, the sleep apnea
また、上述した実施の形態例では、ステージ2のノンレム睡眠→覚醒→ステージ1のノンレム睡眠の順序で睡眠段階が変化した回数と、3回覚醒が連続した場合の回数と、ステージ3のノンレム睡眠またはステージ4のノンレム睡眠から、覚醒に変化した状態の有無とを組み合わせるようにしたが、いずれか一方の判定だけでもSAS患者か否かの判定が可能である。
Further, in the above-described embodiment, the number of times the sleep stage changed in the order of
さらに、上述した実施の形態例では、ステージ2のノンレム睡眠→覚醒→ステージ1のノンレム睡眠の順序で睡眠段階が変化した回数と、3回覚醒が連続した場合の回数と、ステージ3のノンレム睡眠またはステージ4のノンレム睡眠の有無を判断するようにしたが、それ以外の睡眠段階の変化から、SAS患者か否かの判定を行うようにしてもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the number of times the sleep stage changed in the order of
図15および図16は、図9~図14で説明した例とは別の組み合わせの可能性を示すものである。図15は、図7に示す9人のSAS患者のデータD11~D19に対して、90秒間に、レム睡眠→覚醒→レム睡眠となる状態(「RWR」の状態)や、ステージ1のノンレム睡眠→覚醒→ステージ1のノンレム睡眠となる状態(「1W1」の状態)の発生回数を示している。このように、SAS患者の場合には、レム睡眠やステージ1のノンレム睡眠から、一時的に覚醒となり、その後、元の睡眠段階に戻ることが、それなりの回数発生している。
FIGS. 15 and 16 show possible combinations other than the examples described in FIGS. 9-14. FIG. 15 shows, for data D11 to D19 of nine SAS patients shown in FIG. →Awakening→
図16は、図8に示す9人の健常者のデータD21~D29に対して、90秒間に、覚醒→覚醒→ステージ1のノンレム睡眠となる状態(「WW1」の状態)の発生回数と、ステージ2のノンレム睡眠→覚醒→覚醒となる状態(「2WW」の状態)の発生回数を示す。
このように、SAS患者の場合には、60秒程度以上連続して覚醒状態になった後、ステージ1のノンレム睡眠になったり、ステージ2のノンレム睡眠から、60秒程度以上連続して覚醒状態になることが、それなりの回数発生している。
FIG. 16 shows the number of occurrences of the state of awakening → awakening →
In this way, in the case of SAS patients, after being in an awake state continuously for about 60 seconds or more, they enter
したがって、レム睡眠やステージ1のノンレム睡眠から、一時的に覚醒となり、その後、元の睡眠段階に戻ることや、60秒程度以上連続して覚醒状態になった後、ステージ1のノンレム睡眠になったり、ステージ2のノンレム睡眠から、60秒程度以上連続して覚醒状態になることを検出して、SAS患者か否かを判定することもできる。
この図15や図16に示す判定は単独で行ってもよいが、先に説明した図9~図14に示す判定と組み合わせることで、よりSAS患者か否かの判定精度の向上が期待できる。
Therefore, from REM sleep or
The determinations shown in FIGS. 15 and 16 may be performed alone, but by combining them with the determinations shown in FIGS. 9 to 14 described above, it is expected that the accuracy of determination of whether or not a patient is an SAS patient can be improved.
さらに、一実施の形態例でも説明したように、マットレスセンサ2を使って得た生体振動から睡眠段階を判定する点は一例であり、本発明は、様々な手法によって睡眠段階を判定した結果から、同様に睡眠段階の変化を判断して、SAS患者か否かを判定するようにしてもよい。
Furthermore, as described in one embodiment, the point of determining the sleep stage from the biological vibrations obtained using the
1…ベッド、2…マットレスセンサ、10…睡眠時無呼吸症候群判定装置、11…生体データ取得部、12…生体データ処理部、13…睡眠段階判定部、14…睡眠時無呼吸症候群判定部(SAS判定部)、15…出力部、A…被測定者、C…コンピュータ装置、C1…CPU、C2…ROM、C3…RAM、C4…不揮発性ストレージ、C5…ネットワークインターフェイス表示部、C6…入力装置、C7…表示装置、C8…バス 1 ... bed, 2 ... mattress sensor, 10 ... sleep apnea syndrome determination device, 11 ... biological data acquisition unit, 12 ... biological data processing unit, 13 ... sleep stage determination unit, 14 ... sleep apnea syndrome determination unit ( SAS determination unit), 15... output unit, A... subject, C... computer device, C1... CPU, C2... ROM, C3... RAM, C4... non-volatile storage, C5... network interface display unit, C6... input device , C7... display device, C8... bus
Claims (9)
睡眠時無呼吸症候群判定装置。 A sleep apnea syndrome determination unit that determines that the subject has sleep apnea syndrome based on changes in the sleep stages as a result of determining the sleep stages of the subject at regular intervals. Respiratory Syndrome Judgment Device.
請求項1に記載の睡眠時無呼吸症候群判定装置。 The sleep apnea syndrome determination unit compares the number of times the sleep stage change occurs in the first specific change and the number of times the sleep stage changes in the second specific change during sleep of the subject, and The apparatus for determining sleep apnea syndrome according to claim 1, wherein when the frequency of the first specific change is greater, it is determined that the subject has sleep apnea syndrome.
前記第2の特定の変化は、覚醒が3つの一定時間で連続して現れる変化である
請求項2に記載の睡眠時無呼吸症候群判定装置。 The first specific change is a change that appears in the order of stage 2 NREM sleep, wakefulness, and stage 1 NREM sleep,
The apparatus for determining sleep apnea syndrome according to claim 2, wherein the second specific change is a change in which wakefulness appears continuously at three constant times.
請求項1に記載の睡眠時無呼吸症候群判定装置。 The sleep apnea syndrome determining unit detects that the sleep stage change determined during sleep of the subject becomes a third specific change, the subject has sleep apnea syndrome. The device for determining sleep apnea syndrome according to claim 1.
請求項4に記載の睡眠時無呼吸症候群判定装置。 The sleep apnea syndrome determination device according to claim 4, wherein the third specific change is a change from stage 3 or stage 4 non-REM sleep to wakefulness.
請求項1に記載の睡眠時無呼吸症候群判定装置。 The sleep apnea syndrome determination unit compares the number of times the sleep stage changes determined during sleep of the subject undergoes a first specific change and the number of times a second specific change occurs, When the number of times of the first specific change is larger, or when the sleep stage change determined during sleep of the subject satisfies either one of the cases where the third specific change is satisfied, The apparatus for determining sleep apnea syndrome according to claim 1, wherein the subject is determined to have sleep apnea syndrome.
請求項1~6のいずれか1項に記載の睡眠時無呼吸症候群判定装置。 The device for determining sleep apnea syndrome according to any one of claims 1 to 6, wherein the certain period of time for determining a sleep stage is at least 30 seconds.
睡眠時無呼吸症候群判定方法。 Sleep apnea syndrome determination processing for determining that the subject has sleep apnea syndrome based on changes in sleep stages as a result of determining the sleep stage of the subject at regular intervals Respiratory syndrome determination method.
をコンピュータに実行させる睡眠時無呼吸症候群判定プログラム。
A sleep apnea syndrome determination procedure for determining that the subject has sleep apnea syndrome based on changes in sleep stages as a result of determining the sleep stage of the subject at regular intervals;
A sleep apnea syndrome judgment program that causes a computer to execute.
Priority Applications (1)
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