CN103445781B - 用于判定呼吸状态的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于判定呼吸状态的装置，该装置包括：信号捕获器，该信号捕获器构造成获取与受测者的呼吸流速相对应的信号波形；微分计算器，该微分计算器构造成获取通过执行所述信号波形的微分而获得的微分波形；以及第一判定器，该第一判定器构造成当所述微分波形在对应于所述受测者的吸气的所述信号波形的一部分中满足预定条件时，判定所述受测者中发生吸气流速受限。

Description

用于判定呼吸状态的装置

对相关申请的交叉引用

本申请基于2012年5月30日提交的在先的日本专利申请号2012-123248并要求其优先权利益，所述专利申请的全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明公开的主题内容涉及一种用于基于受测者的呼吸来判定已知作为睡眠障碍的症状的吸气流速受限的存在并且判定呼吸暂停/呼吸不足状态的类型的装置。

背景技术

作为这种类型的装置，存在一种装置，在所述装置中整夜获取与受测者的呼吸状态相对应的信号波形，并从所述波形信号的形状来目测判定吸气流速受限的存在（例如参见美国专利号7,325,545）。

正如在日本专利号4,588,461中所公开的，将带状应变仪缠绕胸部或腹部周围以检测所述部分的运动，并将检测结果与对应于呼吸状态的信号波形进行核对，以检测睡眠期间的呼吸暂停/呼吸不足状态并判定其类型。将呼吸暂停/呼吸不足状态粗略分成两类：即，阻塞性呼吸暂停/呼吸不足，其中，呼吸效应在气道阻塞条件下持续；以及中枢性呼吸暂停/呼吸不足，其中，呼吸效应本身停止而停止换气。吸气流速受限用作指示阻塞性呼吸暂停/呼吸不足状态的指标。

将用于检测睡眠期间呼吸暂停/呼吸不足状态的各种传感器装接于身体，给受测者强加了大的负担。另一方面，基于利用整夜测量从受测者的呼吸获取的大量测量信号波形来目测判定吸气流速受限的存在、以及判定呼吸暂停/呼吸不足状态的类型的工作，对执行诊断的人构成了极大负担。在基于目测观察进行判定的情形中，难以消除在判定中由于观察者的主观性和经验所造成的差异。

发明内容

本文公开的主题内容可以提供一种能够正确且容易地判定睡眠期间吸气流速受限的存在以及呼吸暂停/呼吸不足状态的类型、同时减少给受测者的烦扰和负担的技术。

提供一种用于判定呼吸状态的装置，该装置包括：信号捕获器，该信号捕获器配置成获取与受测者的呼吸流速相对应的信号波形；微分计算器，该微分计算器配置成获取通过执行所述信号波形的微分而获得的微分波形；以及第一判定器，该第一判定器配置成当所述微分波形在对应于所述受测者的吸气的所述信号波形的一部分中满足预定条件时，判定所述受测者中发生吸气流速受限。

所述微分计算器可以获取通过执行所述信号波形的二次微分而获得的二次微分波形作为所述微分波形，并且所述第一判定器基于在所述二次微分波形的振幅小于预定阈值期间的时间段，判定在所述受测者中发生所述吸气流速受限。

所述第一判定器可以基于在所述二次微分波形的振幅具有负值期间的时间段，判定所述受测者中发生所述吸气流速受限。

所述第一判定器可以基于所述信号波形的梯度来识别所述受测者的吸气起始和结束阶段，并且基于在除了所述起始和结束阶段之外的区域中的时间段来执行所述判定。

所述装置还包括：第二判定器，所述第二判定器配置成基于在预定的过去时间段中所述信号波形的振幅的平均值，判定所述受测者的呼吸暂停/呼吸不足状态；以及第三判定器，该第三判定器配置成基于通过所述第一判定器判定的所述吸气流速受限的存在和通过所述第二判定器判定的所述呼吸暂停/呼吸不足状态，判定所述呼吸暂停/呼吸不足状态的类型是阻塞性的还是中枢性的。

所述装置还可以包括：显示器，该显示器配置成显示所述信号波形；以及显示控制器，该显示控制器配置成将指示通过所述第一判定器判定的所述吸气流速受限的存在的指标、指示通过所述第二判定器判定的所述呼吸暂停/呼吸不足状态的指标、以及指示通过所述第三判定器判定的所述呼吸暂停/呼吸不足状态的类型的指标中的至少一个指标，与所述信号波形一起显示在所述显示器上。

所述装置还可以包括：压力传感器，该压力传感器配置成测量所述受测者的呼吸压力，其中所述信号捕获器可以基于与从所述压力传感器输出的所述呼吸压力相对应的测量波形，获取所述信号波形。

所述信号捕获器可以对所述测量波形执行平方根校正，以获取所述信号波形。

所述装置还可以包括：鼻导管，该鼻导管装接于所述受测者，并且所述信号捕获器可以基于经由所述鼻导管导入的呼吸压力，获取所述信号波形。

附图说明

图1是示出了本发明公开的主题内容的实施例的监测装置的构造的功能框图。

图2A、2B和2C是图示出利用图1的监测装置执行的信号处理的图。

图3是示出了在图1的监测装置的显示器上显示的信号波形的示例的图。

具体实施方式

在后文中，将参考附图对本发明公开的主题内容的实施例进行详细描述。

图1是示出了根据本发明公开的主题内容的实施例、作为用于判定呼吸状态的装置的监测装置10的构造的功能框图。监测装置10包括：信号捕获器11、高频滤波器12、控制器13和显示器14。

鼻导管21是一种在其中一对管部将被插入到受测者的鼻孔，以将受测者的鼻呼吸气体经由管22引导到压力传感器23的装置。压力传感器23是测量由受测者的呼吸引起的压力变化，并且输出具有与受测者的呼吸状态（呼吸压力）相对应的波形的测量信号（在下面的描述中，所述信号只称为测量波形）的传感器。

起初，优选地经由测量呼吸流速来判定受测者的呼吸状态。然而，这样的测量需要用于防止呼吸气体泄漏的对策。相反，已知通过将呼吸压力值乘以预定常数并且然后提取平方根，获得呼吸流速的良好近似值。该计算过程称为平方根校正。在所述实施例中，为了更便于测量，信号捕获器11通过对从压力传感器23提供的测量波形进行平方根校正来获取信号波形S1。在图2A中示出获取的信号波形S1的示例。

高频滤波器12是去除通过信号捕获器11借助于平方根校正获取的信号波形S1的高频分量的电滤波器。当除掉了频率高于预定频率的分量时，信号波形变得平滑，并且提高了将在后面描述的计算过程的正确性。图2B示出了从其中去除了图2A的信号波形S1中包含的高频分量的信号波形S2。

吸气流速受限是当在吸气期间阻塞气道时产生的一种现象，并且对应于即使当受测者想要呼吸时受测者也不能呼吸的状态。正如图2A中的虚线所指示的，在正常情况下，随着吸气的进行，呼吸压力降低（负压增加）。图中的信号波形S1示出了发生吸气流速受限时的状态。作为由气道阻塞引起的吸气抑制的结果，发生了呼吸压力在原本压力应该降低的部分中不降低却反而升高的现象。

因此，在呼吸压力的测量波形中，向上的凸部出现在表示吸气的区域中，并且在所述区域中原本应该出现向下凸的波形。在所述实施例的监测装置10中，由获取的信号波形S2检测所述凸部的存在，从而判定是否存在吸气流速受限。

控制器13从图2B中示出的信号波形S2提取对应于受测者吸气的区域。要求提取呼吸压力为负的区域。因此，控制器13识别当信号波形S2的振幅从正值变为负值时的时刻t1，以及当所述振幅从负值变为正值时的时刻t4。

接下来，控制器13获取在从时刻t1至时刻t4的区域中的信号波形S2的梯度值。在这种情况下，梯度值具有最大值，并且然后逐渐减小。控制器13识别当梯度值等于或小于相对于所述最大值的预定比时的时刻t2。此外，控制器13同样地获取在从时刻t4至时刻t1的区域中的信号波形S2的梯度值。在这种情况下，梯度值也具有最大值，然后逐渐减小。控制器13识别当梯度值等于或小于相对于所述最大值的预定比时的时刻t3。结果，时刻t1与t2之间的区间视为吸气的起始阶段，并且时刻t3与t4之间的区间视为吸气的结束阶段。在所述实施例中，两个预定比都等于或小于20%。这是因为从分析目标中排除了在吸气的起始和结束阶段中难以与正常吸气期间的波形区分的波形，并且提取了明显发生吸气流速受限的波形区域。此时，控制器13起到在本发明公开的主题内容中的微分计算器的功能，并且基于梯度值、即信号波形S2的一次微分执行上述过程。

此外，起到微分计算器功能的控制器13获取：如图2C中所示通过对利用高频滤波器12从信号波形S2中去除了高频分量的信号波形S2执行二次微分而获得的波形，作为本发明公开的主题内容的微分波形。在下面的描述中，所述微分波形称为二次微分波形S3。

然后，控制器13起到本发明公开的主题内容中的第一判定器的功能，并基于由图2C中的阴影线所指示的并且二次微分波形S3的振幅具有负值期间的时间段来判定吸气流速受限的发生。具体来说，阈值设定为0，并且当二次微分波形S3的振幅具有负值期间的时间段相对于处在信号波形S2中并对应于受测者吸气的部分的持续时间（时刻t1与t4之间的区间）的比等于或大于预定值时，判定发生了吸气流速受限。在考虑受测者中的个体差异和设备的操作指南的情况下，用户能够适当设定所述阈值和预定值。例如，当以分阶段的方式设定几个阈值时，能够判定吸气流速受限的强度程度。

即，在所述实施例中，起到第一判定器功能的控制器13配置成：当处在信号波形S2中并对应于受测者吸气的部分中的微分波形满足预定条件时，判定在受测者中发生了吸气流速受限。因此，能够一致地判定吸气流速受限的存在，而不需执行测量波形的目测观察。

此外，起到微分计算器功能的控制器13从信号波形S2获取二次微分波形S3，并且起到第一判定器功能的控制器13配置成：当在二次微分波形S3的振幅具有负值期间的时间段相对于处在信号波形S2中并对应于受测者吸气的部分的持续时间的比等于或大于预定值的时候，判定发生了吸气流速受限。因此，可以检测到在对应于吸气期间的呼吸压力的信号波形中出现的并且大到一定程度的向上的凸部，并且因此可以明确判定吸气流速受限的发生。

此外，起到微分计算器功能的控制器13获取信号波形S2的梯度（一次微分值），并且起到第一判定器功能的控制器13配置成：基于信号波形的梯度识别受测者吸气的起始和结束阶段，并且获取在二次微分波形S3在除了起始和结束阶段之外的区域中具有负值期间的时间段。因此，当从分析目标中排除了吸气的起始和结束阶段中难以与正常吸气的波形区分的波形时，能够更明确地判定吸气流速受限的存在。

此外，控制器13起到本发明公开的主题内容中的显示控制器的功能，并且如图3中所示，使得包括显示装置的显示器14实时地显示信号波形S2。起到显示控制器功能的控制器13使得显示器14显示指示了经过上述过程检测的吸气流速受限的存在的指标。具体来说，点状指标D显示在信号波形S2上方，指示被判定为发生了吸气流速受限的吸气。因此，能够从大量的呼吸信号波形中一眼就识别出其中发生了吸气流速受限的波形，并且能够不基于观察者的主观性而得出正确诊断。

另一方面，控制器13起到本发明公开的主题内容中的第二判定器的功能，并且基于在预定的过去时间段中信号波形S2的振幅的平均值，借助于相关技术来判定受测者的呼吸暂停/呼吸不足状态。在这里，预定的过去时间段优选地设定为例如：当要执行分析的时刻之前几分钟的时间段。

此外，控制器13起到本发明公开的主题内容中的第三判定器的功能，并且，基于作为第一判定器判定的吸气流速受限的存在和作为第二判定器判定的呼吸暂停/呼吸不足状态的存在，判定所述呼吸暂停/呼吸不足状态是阻塞性的还是中枢性的。具体来说，当在被判定为处在呼吸暂停状态或呼吸不足状态的信号波形S2中或在处在信号波形之前和之后的恒定呼吸时间段中的信号波形S2中检测到发生吸气流速受限的发生时，所述状态判定为阻塞性的。这是因为吸气流速受限的发生意味着存在呼吸效应。相反，当在被判定为处在呼吸暂停状态或呼吸不足状态的信号波形S2中或在处在信号波形之前和之后的恒定呼吸时间段中的信号波形S2中没有检测到吸气流速受限的发生时，判定所述状态是中枢性的呼吸暂停/呼吸不足，其中不存在呼吸效应。

起到显示控制器功能的控制器13使得显示器14显示出指示了作为第二判定器判定的呼吸暂停/呼吸不足状态的存在的指标。在图3中示出的示例中，显示了指示出状态被判定为呼吸不足状态的时间区的条形指标B1。还显示了对应于状态被判定为呼吸暂停状态的时间区的不同颜色的另一个条形指标。因此，能够从大量的呼吸信号波形中一眼就识别出其中发生了呼吸暂停/呼吸不足状态的时间区，并且能够不基于观察者的主观性而得出正确诊断。

起到显示控制器功能的控制器13使得显示器14显示出指示了作为第三判定器判定的呼吸暂停/呼吸不足状态的类型的指标。在图3中示出的示例中，在状态被判定为呼吸不足状态并且发生吸气流速受限的时间区中，显示出指示呼吸暂停状态的条形指标B2。

所述实施例配置成：使得在状态被判定为是阻塞性呼吸暂停/呼吸不足状态的地方显示条形指标B2。正因为如此，在状态被判定为呼吸不足状态并且没有检测到吸气流速受限的时间区中，不显示出指示呼吸暂停状态的条形指标B2。

在所述实施例中，对于阻塞性呼吸暂停/呼吸不足状态，显示条形指标B2，而对于中枢性呼吸暂停/呼吸不足状态，不显示条形指标B2。因此，能够一眼就识别出呼吸暂停/呼吸不足状态的类型，并且能够不基于观察者的主观性而得出正确诊断。

通过测量受测者的呼吸压力，就能够简单地执行经过上述一系列过程的诊断。不需要将各种传感器装接到身体，并且因此可以减少受测者所感觉到的烦扰和痛苦。在所述实施例中，具体来说，只将尺寸小且重量相对轻的鼻导管装接到受测者，并且因此能够抑制对睡眠的干扰。

控制器13的上述功能，即这些作为微分计算器、第一判定器、第二判定器、第三判定器和显示控制器的功能，能够通过例如构成控制器13的电路装置的硬件的操作、例如储存在运算装置中的程序的软件的操作或这些操作的组合来实现。

为了便于本发明公开的主题内容的理解，已描述所述实施例，而不是意在限制本发明公开的主题内容。当然，本发明公开的主题内容可以不背离其精神而改变或改进，并包括其等同物。

在控制器13起到第一判定器功能的情况下，并不总是需要基于在二次微分波形S3的振幅具有负值期间的时间段来判定吸气流速受限的发生。可选地，控制器13可以配置成：使得当在二次微分波形S3的振幅小于预定阈值期间的时间段相对于处在信号波形S2中并对应于受测者呼气的部分的持续时间的比等于或大于预定值时，判定出发生了吸气流速受限。例如，当在考虑到个体差异等来设定所述阈值时，能够提高测定准确性。当使用以分阶段方式设定的几个阈值执行检测时，能够判定吸气流速受限的强度程度。

并不总是需要将压力传感器23设置在监测装置10的主要单元外部。可选地，压力传感器可以配置成内置在监测装置10中，作为构成信号捕获器11的一部分的元件。

可以使用呼吸流速传感器或温度传感器代替压力传感器23，只要可选传感器能够测量对应于受测者呼吸状态的信号波形即可。

提供给信号捕获器11并对应于受测者的呼吸状态的信号波形不需要是受测者的呼吸压力的测量波形。可以采用将受测者的呼吸流速的测量波形直接提供给信号捕获器11的配置。在这种情况下，不需要在信号捕获器11中的平方根校正过程。

将受测者的呼吸气体引导到压力传感器23或监测装置10的装置不限于鼻导管21。除了鼻导管之外或代替鼻导管，可以使用覆盖受测者口部的面罩。

显示器14并不总是需要被设置成监测装置10的一部分。可以采用设置在监测装置10外部并可通讯连接到控制器13的显示装置起到显示器14功能的配置。

指示吸气流速受限的存在、呼吸暂停/呼吸不足状态的存在和呼吸暂停/呼吸不足状态的类型的指标在显示器14中的显示方式，不限于图3中示出的示例。例如，对于吸气流速受限的存在来说，除了或代替离散的点状指标D的显示，可以显示出指示频繁发生吸气流速受限的时间区的条形指标。可以采用指示吸气流速受限的存在、呼吸暂停/呼吸不足状态的存在以及呼吸暂停/呼吸不足状态的类型中的至少一种指标与信号波形S2一起显示的配置。

根据本发明公开的主题内容的一个方面，能够一致判定吸气流速受限的存在，而不需执行测量波形的目测观察。

根据本发明公开的主题内容的一个方面，可以检测在对应于吸气期间的呼吸压力的信号波形中出现的并且大到一定程度的向上的凸部，并且因此可以明确判定吸气流速受限的存在。例如，当考虑到个体差异来设定阈值时，能够提高测定准确性。例如，当以分阶段的方式设定几个阈值时，能够判定吸气流速受限的强度程度。

根据本发明公开的主题内容的一个方面，能够从分析目标中排除吸气的起始和结束阶段中难以与正常吸气的波形区分的波形，并且能够更明确地判定吸气流速受限的存在。

根据本发明公开的主题内容的一个方面，能够一致判定受测者的呼吸暂停/呼吸不足状态及其类型，而不需执行测量波形的目测检查。

根据本发明公开的主题内容的一个方面，能够一眼就识别出发生吸气流速受限和呼吸暂停/呼吸不足状态的时间区以及呼吸暂停/呼吸不足状态的类型，并且能够获得不基于观察者的主观性的正确诊断。

根据本发明公开的主题内容的一个方面，由于提供了测量受测者呼吸压力的压力传感器，因此与测量受测者的呼吸流速的情况相比，能够更容易地执行测量。

根据本发明公开的主题内容的一个方面，由于为对应于呼吸压力的测量波形执行平方根校正，因此能够准确获得呼吸流速的近似值。

根据本发明公开的主题内容的一个方面，不需要将各种传感器装接到身体，并且因此能够减少受测者可能感觉到的烦扰和疼痛。特别是，鼻导管在重量上相对轻，并且因此可以抑制对睡眠的干扰。

Claims (6)

1.一种用于判定呼吸状态的装置，所述装置包括：

信号捕获器，该信号捕获器配置成获取与受测者的呼吸流速相对应的信号波形；

微分计算器，该微分计算器配置成获取通过执行所述信号波形的二次微分而获得的二次微分波形；以及

第一判定器，该第一判定器配置成基于所述信号波形的梯度来识别所述受测者的吸气的起始和结束阶段，并且基于在除了所述起始和结束阶段的区域中的所述二次微分波形的振幅为负值期间的时间段相对于处在所述信号波形中并对应于所述受测者吸气的持续时间的比，来判定所述受测者中发生吸气流速受限。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：

第二判定器，该第二判定器配置成基于在预定的过去时间段中所述信号波形的振幅的平均值，判定所述受测者的呼吸暂停/呼吸不足状态；以及

第三判定器，该第三判定器配置成基于通过所述第一判定器判定的所述吸气流速受限的存在和通过所述第二判定器判定的所述呼吸暂停/呼吸不足状态，判定所述呼吸暂停/呼吸不足状态的类型是阻塞性的还是中枢性的。

3.根据权利要求2所述的装置，还包括：

显示器，该显示器配置成显示所述信号波形；以及

显示控制器，该显示控制器配置成：使得指示通过所述第一判定器判定的所述吸气流速受限的存在的指标、指示通过所述第二判定器判定的所述呼吸暂停/呼吸不足状态的指标以及指示通过所述第三判定器判定的所述呼吸暂停/呼吸不足状态的类型的指标中的至少一个指标，与所述信号波形一起显示在所述显示器上。

4.根据权利要求1所述的装置，还包括：

压力传感器，该压力传感器配置成测量所述受测者的呼吸压力，其中

所述信号捕获器基于与从所述压力传感器输出的所述呼吸压力相对应的测量波形，获取所述信号波形。

5.根据权利要求4所述的装置，其中

所述信号捕获器对所述测量波形执行平方根校正，以获取所述信号波形。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括：

鼻导管，该鼻导管要装接于所述受测者，其中

所述信号捕获器基于经由所述鼻导管导入的呼吸压力，获取所述信号波形。