JP2003126064A

JP2003126064A - 呼吸異常検出装置

Info

Publication number: JP2003126064A
Application number: JP2001323423A
Authority: JP
Inventors: Kuniyoshi Ueda; 邦良上田
Original assignee: Azbil Corp; Yamatake Building Systems Co Ltd
Current assignee: Azbil Corp; Yamatake Building Systems Co Ltd
Priority date: 2001-10-22
Filing date: 2001-10-22
Publication date: 2003-05-07

Abstract

(57)【要約】【課題】呼吸異常を正確に検出することができる呼吸異
常検出装置を提供すること。【解決手段】本発明にかかる呼吸異常検出装置は、呼吸
運動に基づく胸部運動データを検出する胸部運動データ
検出部１０１と、呼吸運動に基づく腹部運動データを検
出する腹部運動データ検出部１０２とを備えている。こ
れら胸部運動データ検出部１０１及び腹部運動データ検
出部１０２は、例えば、流体封入体１１、１２及び圧力
センサ２１、２２により構成される。そして、これらに
よって検出された胸部運動データと腹部運動データに基
づいて両者の位相差情報を取得する。さらに、この位相
差情報に基いて呼吸異常を判定している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、睡眠時の呼吸異常
を検出する呼吸異常検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、呼吸異常の典型である睡眠時無
呼吸症候群の検出には、ポリソムノグラフィ（ＰＳＧ）
が用いられている。しかしながら、このＰＳＧでは、被
験者に対して多くの電極類を装着する必要があるため、
被験者に対する心理的負担が大きい。また、このＰＳＧ
を実現するための検査機器には、複雑な技術的処理を実
行しなければならない。

【０００３】他方、呼吸異常を検出するための簡便な技
術的実現手段が特開２０００−２７１１０３号公報に開
示されている。この公報においては、横臥している被験
者の身体の下にエアマットを敷き、このエアマット内部
の圧力変動から心拍数、呼吸数、いびき等を計測し、睡
眠時無呼吸症候群の診断を行なっている。

【０００４】また、特開平１０−２９５６９５号公報で
は、心拍、呼吸、体動、いびき等の生体信号を取得する
圧電感知型の呼吸・体動センサを複数個設ける技術が開
示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらの従来技術にお
いては、基本的に圧力センサ等により生体信号を検出
し、その信号から呼吸異常を判定している。しかしなが
ら、睡眠中は、様々な姿勢をとるため、姿勢に応じて圧
力変化が生じ、検出信号にノイズが加わる。また、ＲＥ
Ｍ睡眠やＮＲＥＭ睡眠等で表すことができる被験者の睡
眠状態は、その時の疲労度や温度等の身体状態により、
異なることが知られている。従って、睡眠の質の変化に
伴って検出信号が変化することになる。さらには、従来
技術により検出された心拍、呼吸、いびき等の生体信号
には、呼吸異常以外の事由により変動する因子が含まれ
ている。

【０００６】従って、従来の技術においては、正確に呼
吸異常を検出することは、困難であった。

【０００７】本発明は、かかる問題点を解決するために
なされたものであり、呼吸異常を精度良く検出すること
ができる呼吸異常検出装置を提供することを第１の目的
とする。この第１の目的を達成することに加えて、さら
に被験者に心理的な圧迫の少ない、取扱いが容易な呼吸
異常検出装置を提供することを第２の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる呼吸異常
検出装置は、呼吸運動に基づく胸部運動データを検出す
る胸部運動データ検出手段と、呼吸運動に基づく腹部運
動データを検出する腹部運動データ検出手段と、前記胸
部運動データ検出手段により検出された胸部運動データ
と、前記腹部運動データ検出手段により検出された腹部
運動データに基づいて両者の位相差情報を取得する位相
差情報取得手段と、前記位相差情報取得手段により取得
された位相差情報に基いて呼吸異常を判定する呼吸異常
判定手段とを備えたものである。このような構成によ
り、呼吸異常を正確に検出することができる。

【０００９】上述の呼吸異常判定手段は、前記位相差情
報を前記呼吸運動の周期に関する情報により按分し、按
分後のデータと所定値を比較することによって呼吸異常
を判定するようにしてもよい。このような構成により、
被験者の状態に基づく影響を軽減し、より正確に呼吸異
常を検出することができる。

【００１０】ここで、前記胸部運動データ検出手段及び
前記腹部運動データ検出手段の各々は、流体が封入され
た流体封入体と、当該流体封入体の圧力変化又は変位に
応じた信号を出力するセンサを備えるようにしてもよ
い。このような構成により、被験者に対して心理的な圧
迫を軽減することができる。

【００１１】そして、前記胸部運動データ検出手段を構
成する第１の流体封入体と、前記腹部運動データ検出手
段を構成する第２の流体封入体は、別体により構成さ
れ、就寝具に備え付けるようにしてもよい。このような
構成により、被験者は、直接、検査手段を取り付けられ
ることがないので、心理的な圧迫を感じずに済む。

【００１２】また、前記胸部運動データ検出手段を構成
する第１の流体封入体と、前記腹部運動データ検出手段
を構成する第２の流体封入体は、別体により構成される
とともに、当該第１の流体封入体は被験者の胸部近傍に
取り付け、当該第２の流体封入体は被験者の腹部近傍に
取り付けるようにしてもよい。これにより、被験者が動
いたとしても確実に胸部運動データ及び腹部運動データ
を検出することができる。

【００１３】さらに、前記胸部運動データ検出手段によ
り検出された胸部運動データ及び前記腹部運動データ検
出手段により検出された腹部運動データのノイズを除去
するノイズ除去手段を備えるようにしてもよい。これに
より、より正確に呼吸異常を判定することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明にかかる呼吸異常検出装置
では、特に、胸部の運動データ及び腹部の運動データを
取得し、これらの位相を比較することにより呼吸異常を
判断している。まず、このような判断を行なった理由に
ついて説明する。

【００１５】呼吸運動には、胸部と腹部の運動が伴う。
そして、正常な呼吸においては、胸部の運動と腹部の運
動とが、上気道の吸気、排気と同期した運動となる。従
って、正常な呼吸においては、胸部の運動と腹部の運動
は同期しており、位相ずれは少ないか又はない。他方、
呼吸異常の一種である閉塞型無呼吸症候群は、気道の閉
塞によって発症する。呼吸ドライブとなる、胸部及び腹
部の運動は通常通りであるが、上気道からの通気ができ
なくなるため、胸部及び腹部の奇異性運動が発生する。
従って、胸部の運動及び腹部の運動の位相のずれを判断
することにより、少なくとも睡眠無呼吸症候群を判別す
ることが可能となる。

【００１６】続いて、図１を用いて、本発明にかかる呼
吸異常検出装置の処理について説明する。図に示される
ように、被験者の胸部に胸部運動データを検出する胸部
運動データ検出手段１０１と、被験者の腹部に腹部の運
動データを検出する腹部運動データ検出手段１０２とを
取り付けている。そして、胸部運動データ検出手段１０
１より検出した胸部運動データがＸ１で表されている。
また、腹部運動データ検出手段１０２より検出した腹部
運動データがＸ２で表されている。

【００１７】胸部運動データＸ１をノイズ除去処理を行
い、信号Ｙ１に変換する。また、腹部運動データＸ２も
同様にノイズ除去処理を行い、信号Ｙ２に変換する。こ
れらの変換処理に関しては、例えば、ラプラス変換した
伝達関数としてＹ１＝Ｘ１／（１＋Ｔfs）、Ｙ２＝Ｘ２
／（１＋Ｔfs）で表すことができるローパスフィルタ等
の周知の手法を用いることができる。このノイズ除去
は、信号の位相差を精度良く求めるために実行される。

【００１８】ノイズ除去された信号の位相を比較するた
めに、信号Ｙ１と信号Ｙ２の極大値の差Δｔを求めると
ともに、当該信号の周期の１／２に相当するＴを求め
る。そして、Δｔ／Ｔを算出し、この値と予め定めた値
αを比較する。Δｔ／Ｔがαよりも大きければ、胸部運
動データと腹部運動データの位相差が大きく、呼吸異常
であると判断する。他方、Δｔ／Ｔがα以下であれば、
胸部運動データと腹部運動データの位相差は小さく、呼
吸異常でないと判断する。

【００１９】ここで、位相差を検討するにあたって、Δ
ｔでなく、Δｔ／Ｔを用いることによって、周期成分を
除去して位相差を判断することができるため、より適切
に判断をすることができる。但し、Δｔ自体を用いて呼
吸異常を判断することも可能である。

【００２０】尚、Ｔは、信号周期に関連する情報であれ
ばよく、必ずしも周期の１／２である必要はない。即
ち、周期自体であってもよく、周期のｎ倍、ｍ分の１で
あってもよい。また、αは全ての被験者に対して同じ値
である必要はなく、被験者毎に異なる値としてもよい。
そのために、本発明にかかる呼吸異常検出装置にαの設
定手段を設けるようにしてもよい。

【００２１】続いて、図２を用いて、本発明にかかる呼
吸異常検出装置の構成について説明する。この呼吸異常
検出装置は、流体袋１１、流体袋１２、圧力センサ２
１、圧力センサ２２及び呼吸異常検出器３を備えてい
る。

【００２２】流体袋１１は、被験者の胸部の運動データ
を検出できる位置に設置される。典型的には、被験者の
胸部に直接又は間接的に接触させる位置に設置される。
被験者の背中に直接又は間接的に接触させる位置であっ
てもよい。他方、流体袋１２は、被験者の腹部の運動デ
ータを検出できる位置に設置される。典型的には、被験
者の腹部に直接又は間接的に接触させる位置に設置され
る。被験者の背中に直接又は間接的に接触させる位置で
あってもよい。

【００２３】流体袋１１及び流体袋１２は、同様の構成
を有する。そして、これらは、図３に示されるように、
流体封入体であり、袋に水又は空気等の流体が封入され
ている。この流体袋１１、１２は、パッド状であって
も、複数個のブロックに分離されたシート状のものであ
ってもよい。

【００２４】圧力センサ２１は、図３に示されるよう
に、流体袋１１の外表面又は内表面に装着されている。
また、圧力センサ２２も同様に流体袋１２の外表面又は
内表面に装着されている。圧力センサ２１及び２２は、
流体袋１１及び１２に直接又は間接的に接触した部位に
おける、生体活動に基づく振動による流体袋１１及び１
２の圧力変動を検出し、信号として出力する。この圧力
センサ２１及び２２は、当該流体袋１１及び１２に着脱
可能に装着されているため、接触する位置に応じて装着
位置を変更できるようにしてもよい。尚、圧力センサ２
１、２２の代わりに流体袋１の外表面形状の変化を計測
する変位検出器を用いることも可能である。

【００２５】続いて、図４を用いて呼吸異常検出器３の
構成について説明する。図に示されるように、呼吸異常
検出器３は、制御部３１、信号入力部３２、通信制御部
３３、記憶部３４及び信号出力部３５を備えている。制
御部３１は、当該呼吸異常検出器３内の各構成に対して
制御を実行する機能を有し、ＣＰＵ、ＭＰＵ等により構
成される。特にこの発明において、制御部３１は、胸部
運動データと腹部運動データの位相比較を行い、その結
果に基づいて呼吸異常か否かを判定する機能を有する。
信号入力部３２は、圧力センサ２１及び圧力センサ２２
より出力された胸部運動データ及び腹部運動データを入
力し、インターフェース処理を実行する機能を有する。
通信制御部３３は、信号入力部３２及び信号出力部３５
において実行される通信処理を制御する機能を有する。
記憶部３４は、胸部運動データや腹部運動データ、各種
制御プログラムを格納するメモリ、ハードディスク等の
記憶手段である。信号出力部３５は、制御部３１による
呼吸異常か否かの判定結果を外部に出力する機能を有す
る。例えば、信号出力部３５に接続されたディスプレイ
やスピーカに対してオペレータが判定結果を認識できる
ような表示、音声出力を行なわせるための信号を出力す
る。また、この信号出力部３５は、インターネット等の
通信網を介して、外部の健康管理システムに通報するよ
うにしてもよい。

【００２６】次に、図５を用いて本発明にかかる呼吸異
常検出装置の別の構成例について説明する。図５に示さ
れるように、この例では、圧力センサ２１と呼吸異常検
出器３との間及び圧力センサ２２と呼吸異常検出器３と
の間のそれぞれにノイズ除去装置４１及びノイズ除去装
置４２を設けている。これらのノイズ除去装置４１、４
２は、図１において説明したノイズ処理を実行するもの
である。このノイズ除去処理は、信号の位相差を精度良
く求めるために実行される。

【００２７】さらに、本発明にかかる呼吸異常検出装置
は、図６に示すような構成としてもよい。この例では、
圧力センサ２１及び圧力センサ２２からの胸部運動デー
タ及び腹部運動データをそれぞれ通信処理装置５１及び
通信処理装置５２に入力している。そして、通信処理装
置５１及び通信処理装置５２から無線通信により呼吸異
常検出器３に対して送信している。呼吸異常検出器３で
は、これらの通信処理装置５１及び通信処理装置５２か
らの信号を受信し、復調処理を実行した後、呼吸異常か
否かの判定処理を行なっている。このように無線通信を
利用することで、被験者は、行動の自由度を高めること
ができ、心理的な圧迫を軽減することができる。

【００２８】ここで、図６に示す構成における通信処理
装置５１について、図７を用いて詳細に説明する。通信
処理装置５１は、圧力センサ２１によって出力された信
号を入力し、ノイズ除去処理を実行した後、無線通信を
行なうための変調処理等を実行する。そのため、当該通
信処理装置５１は、信号入力部５１１、ノイズ除去部５
１２、無線通信処理部５１３、送信アンテナ５１４を備
えている。信号入力部５１１は、圧力センサ２１によっ
て出力された信号に対するインターフェース処理を実行
する。ノイズ除去部５１２は、インターフェース処理後
の信号より上述したようなノイズ除去処理を実行する。
無線通信処理部５１３は、ノイズ除去処理後の信号を入
力し、無線により出力するための変調処理等を実行して
いる。送信アンテナ５１４は、無線通信処理部５１３か
らの出力信号を電波信号に変換し、送信する機能を有す
る。

【００２９】通信処理装置５２も図６に示す通信処理装
置５１の構成と同様であり、説明を省略する。但し、通
信処理装置５２より送信される電波信号と通信処理装置
５１より送信される電波信号を、呼吸異常検出器３によ
って分離処理する必要があるため、周波数を異ならせた
り、発信時間をずらしたりすることが望ましい。但し、
その方法については、周知の方法を利用することがで
き、これらに限定されるものではない。

【００３０】さらに、本発明にかかる呼吸異常検出装置
は、図８に示す構成を採用することも可能である。図８
に示す構成では、圧力センサ２１及び圧力センサ２２の
出力信号が通信処理装置５３に入力されている。この場
合、通信処理装置５３では、入力された信号に対してノ
イズ除去処理を行なった後、両者を周波数多重、時分割
多重等の多重化処理を実行し、変調処理してアンテナに
より呼吸異常検出器３に対して送信する。呼吸異常検出
器３は、当該信号を受信し、信号を復調し、分離し、判
定処理を実行する。

【００３１】続いて、図９乃至図１１を用いて、流体袋
１１及び流体袋１２の設置例について説明する。

【００３２】図９に示す例では、互いに別体に構成され
た流体袋１１及び流体袋１２を就寝具に取り付けてい
る。具体的には、これらの流体袋１１及び流体袋１２を
マットレス６１と台６２の間に挟み込む。ここで、流体
袋１１は、胸部運動データを検出することができるよう
に、寝た状態の被験者の胸部の下方に配置している。他
方、流体袋１２は、腹部運動データを検出することがで
きるように、寝た状態の被験者の腹部の下方に配置して
いる。さらに、流体袋１１と流体袋１２は、互いに検出
処理に影響を及ぼすことがないように、一定距離、離し
て配置されることが望ましい。

【００３３】図１０に示す例では、被験者の胸部に流体
袋１１を、腹部に流体袋１２を装着している。これらの
流体袋１１、１２は、肌着等の衣類の上から装着しても
よく、また、直接肌に接するようにしてもよい。また、
流体袋１１、１２は、一部に伸縮自在なゴムや布等が含
まれることを妨げるものではない。伸縮自在な素材を含
むことにより、被験者の装着感を良くすることができ、
また、検出精度を高めることができる。このように、流
体袋１１及び流体袋１２を被験者の胸部及び腹部に直接
装着するようにしたため、胸部運動データと腹部運動デ
ータを確実に検出することができる。

【００３４】図１１に示す例では、衣類上に流体袋１１
及び流体袋１２を取り付けている。このような構成によ
り、流体袋１１を被験者の胸部に、流体袋１２を被験者
の腹部に確実に取り付けることができる。そのため、胸
部運動データと腹部運動データを精度良く検出できる。

【００３５】さらに、腹部にのみ流体袋１２を取り付
け、胸部運動データは就寝具に取り付けた流体袋１１よ
り検出するようにしてもよい。一般的に、呼吸運動に伴
う腹部運動データよりも胸部運動データの方が運動量が
大きいため、胸部運動データは、就寝具に取り付けても
十分に検出できるが、腹部運動データは直接取り付けた
方が検出精度を維持することができる。

【００３６】尚、上述の例では、呼吸運動に伴う胸部運
動データ及び腹部運動データを流体袋及び圧力センサを
用いて検出する例について説明したが、これに限らず、
集音マイクによって検出するようにしてもよい。即ち、
この集音マイクからの音による振動により胸部と腹部の
差を求めるようにしてもよい。

【００３７】尚、上述の例では、呼吸異常検出装置につ
いて説明したが、この呼吸異常検出装置が他の健康管理
のためのデータを処理するものであってもよい。例え
ば、心拍数、体動、体温、呼吸数等のデータを同時に処
理するものであってもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明により、呼吸異常を正確に検出す
ることができる呼吸異常検出装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる呼吸異常検出装置の処理を説明
するための図である。

【図２】本発明にかかる呼吸異常検出装置の構成を示す
構成図である。

【図３】本発明にかかる呼吸異常検出装置において用い
られる流体封入体及びセンサを示す図である。

【図４】本発明にかかる呼吸異常検出器の構成を示すブ
ロック図である。

【図５】本発明にかかる呼吸異常検出装置の他の構成を
示す構成図である。

【図６】本発明にかかる呼吸異常検出装置の他の構成を
示す構成図である。

【図７】本発明にかかる呼吸異常検出装置における通信
処理装置の構成を示すブロック図である。

【図８】本発明にかかる呼吸異常検出装置の他の構成を
示す構成図である。

【図９】本発明にかかる呼吸異常検出装置の流体封入体
の取り付け例を示す図である。

【図１０】本発明にかかる呼吸異常検出装置の流体封入
体の取り付け例を示す図である。

【図１１】本発明にかかる呼吸異常検出装置の流体封入
体の取り付け例を示す図である。

【符号の説明】

１０１胸部データ検出部１０２腹部データ検出部１１流体封入体１２流体封入体２１圧力セン
サ２２圧力センサ３呼吸異常検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】呼吸運動に基づく胸部運動データを検出す
る胸部運動データ検出手段と、呼吸運動に基づく腹部運動データを検出する腹部運動デ
ータ検出手段と、前記胸部運動データ検出手段により検出された胸部運動
データと、前記腹部運動データ検出手段により検出され
た腹部運動データに基づいて両者の位相差情報を取得す
る位相差情報取得手段と、前記位相差情報取得手段により取得された位相差情報に
基いて呼吸異常を判定する呼吸異常判定手段とを備えた
呼吸異常検出装置。
【請求項２】前記呼吸異常判定手段は、前記位相差情報
を前記呼吸運動の周期に関する情報により按分し、按分
後のデータと所定値を比較することによって呼吸異常を
判定することを特徴とする請求項１記載の呼吸異常検出
装置。
【請求項３】前記胸部運動データ検出手段及び前記腹部
運動データ検出手段の各々は、流体が封入された流体封
入体と、当該流体封入体の圧力変化又は変位に応じた信
号を出力するセンサを備えていることを特徴とする請求
項１又は２記載の呼吸異常検出装置。
【請求項４】前記胸部運動データ検出手段を構成する第
１の流体封入体と、前記腹部運動データ検出手段を構成
する第２の流体封入体は、別体により構成され、就寝具
に備え付けられていることを特徴とする請求項３記載の
呼吸異常検出装置。
【請求項５】前記胸部運動データ検出手段を構成する第
１の流体封入体と、前記腹部運動データ検出手段を構成
する第２の流体封入体は、別体により構成されるととも
に、当該第１の流体封入体は被験者の胸部近傍に取り付
けられ、当該第２の流体封入体は被験者の腹部近傍に取
り付けられたことを特徴とする請求項３記載の呼吸異常
検出装置。
【請求項６】前記胸部運動データ検出手段により検出さ
れた胸部運動データ及び前記腹部運動データ検出手段に
より検出された腹部運動データのノイズを除去するノイ
ズ除去手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１、
２、３、４又は５記載の呼吸異常検出装置。