JP2005137479A - 睡眠時呼吸状態測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 時間の経過に伴った室温等の温度変化の影響を受けず、被験者の睡眠時における呼吸状態を高精度に測定できる睡眠時呼吸状態測定装置を提供すること。
【解決手段】 被験者の鼻孔２ａまたは口の少なくとも一方に装着され、呼吸に伴う前記鼻孔２ａまたは口からの呼吸気の流出入による空気圧変化を検出する呼吸センサ３と、該呼吸センサ３により検出された前記空気圧変化の情報の中から、呼吸情報を分析する呼吸情報分析手段と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被験者の睡眠時における呼吸状態を測定する睡眠時呼吸状態測定装置に関するものである。

近年、睡眠時無呼吸症候群等の診断のため、被験者の睡眠時における呼吸状態を測定する睡眠時呼吸状態測定装置が用いられている。
従来より、これら装置の中には、被験者の鼻孔入り口および口中央部に、呼吸気の温度変化を検出するサーミスタを備えた鼻口呼吸センサを装着して、被験者の呼吸状態を測定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３１２６６９号公報

しかしながら、上記のような構成によると、時間の経過に伴って室温等の温度が変化することから、サーミスタが大きく影響を受けてしまい、被験者の呼吸状態を精度よく測定するのは困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、室温等の温度変化の影響を受けず、被験者の睡眠時における呼吸状態を高精度に測定できる睡眠時呼吸状態測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、被験者の鼻孔または口の少なくとも一方に装着され、呼吸に伴う前記鼻孔または口からの呼吸気の流出入による空気圧変化を検出する呼吸センサと、該呼吸センサにより検出された前記空気圧変化の情報の中から、呼吸情報を分析する呼吸情報分析手段と、を有することを特徴とする。

この発明に係る睡眠時呼吸状態測定装置によれば、被験者が、就寝する前に本装置を鼻孔または口の少なくとも一方に装着し、就寝時において被験者が呼吸することにより、鼻孔または口から呼吸気を流出入させるが、このとき、その流出入によって生じる空気圧変化が呼吸センサにより検知される。そして、該呼吸センサからの空気圧変化の情報に基づいて、呼吸情報分析手段により、被験者の呼吸状態が分析される。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の睡眠時呼吸状態測定装置において、前記呼吸センサが、前記空気圧変化と同時に、空気圧強度を検出することを特徴とする。
この発明に係る睡眠時呼吸状態測定装置によれば、前記呼吸センサにより、前記空気圧変化と同時に、空気圧強度が検出される。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の睡眠時呼吸状態測定装置において、前記呼吸センサが、圧力センサであることを特徴とする。
この発明に係る睡眠時呼吸状態測定装置によれば、前記圧力センサにより、前記空気圧変化、または、前記空気圧変化および空気圧強度が検出される。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか一つに記載の睡眠時呼吸状態測定装置において、前記呼吸情報分析手段が、前記空気圧変化により呼吸周期を分析する第１呼吸情報分析手段と、前記空気圧変化および前記空気圧強度により呼吸流量を分析する第２呼吸情報分析手段と、を有することを特徴とする。
この発明に係る睡眠時呼吸状態測定装置によれば、第１呼吸情報分析手段によって、前記空気圧変化に基づいて呼吸周期が分析され、また第２呼吸情報分析手段によって、前記空気圧変化および前記空気圧強度に基づいて呼吸流量が分析される。

請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれか一つに記載の睡眠時呼吸状態測定装置において、被験者の睡眠時における体動を検出する体動センサを備え、該体動センサにより検出された体動情報に基づいて、前記呼吸情報を補正する呼吸情報補正手段を有することを特徴とする。
この発明に係る睡眠時呼吸状態測定装置によれば、被験者の睡眠時における寝返り等に伴う体動によって、前記呼吸情報にノイズが発生する場合があるが、前記体動センサにより、前記被験者の体動が検出され、この体動情報に基づいて、前記呼吸情報補正手段により、前記呼吸情報における前記体動に伴うノイズが除去される。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の睡眠時呼吸状態測定装置において、前記体動センサが、前記呼吸センサと一体に設けられていることを特徴とする。
この発明に係る睡眠時呼吸状態測定装置によれば、被験者の体動によって呼吸センサが動かされると、その動きに合わせて前記体動センサも移動させられる。

請求項７に係る発明は、請求項５または請求項６に記載の睡眠時呼吸状態測定装置において、前記体動センサが、加速度センサであることを特徴とする。
この発明に係る睡眠時呼吸状態測定装置によれば、被験者の睡眠時における寝返り等による体動が、前記加速度センサにより検出される。

請求項１に係る発明によれば、前記呼吸センサにより、鼻孔または口からの呼吸気の流出入による空気圧変化が検出されるため、室温等の温度変化の影響を受けずに、高精度に被験者の呼吸状態を測定することが可能となる。
請求項２に係る発明によれば、空気圧変化だけでなく空気圧強度も検出されるため、より高精度に被験者の呼吸状態を測定することが可能となる。
請求項３に係る発明によれば、圧力センサにより、前記空気圧変化または空気圧強度を確実に検出することが可能となる。
請求項４に係る発明によれば、第１呼吸情報分析手段により呼吸周期が分析され、第２呼吸情報分析手段により呼吸流量が分析されることから、被験者の呼吸状態を詳細に測定することが可能となる。

請求項５に係る発明によれば、前記呼吸情報補正手段により、被験者の寝返り等による体動から生ずるノイズが除去されるため、さらに精度よく被験者の呼吸状態を測定することが可能となる。
請求項６に係る発明によれば、前記体動センサが前記呼吸センサと一体に設けられていることから、前記呼吸センサの動きに合致した正確な体動情報を検出することが可能となる。
請求項７に係る発明によれば、前記加速度センサにより、体動情報を確実に検出することが可能となる。

以下、本発明の睡眠時呼吸状態測定装置（以下、単に「測定装置」とする。）について、図面を参照して説明する。
（実施例１）
図１において、符号１は本実施例に係る睡眠時呼吸状態測定装置、符号２は被験者の鼻部、符号２０は耳部を示している。
図示の睡眠時呼吸状態測定装置１は、鼻呼吸測定用であり、鼻呼吸センサ（呼吸センサ）３とデータ処理部４とがワイヤ７を介して接続されている。鼻呼吸センサ３は、被験者の鼻孔２ａに装着可能であって、その左右の鼻孔２ａにまたがる略矩形状になっている。一方、データ処理部４は、被験者の耳部２０に係止して装着されるようになっている。

鼻呼吸センサ３は、シート状の基板部材３ａを備えており、その長手方向の両端近傍には、被験者の鼻孔に位置を合わせた矩形の開口部３ｂがそれぞれ形成されている。これら開口部３ｂは、被験者が鼻呼吸センサ３を装着した状態で、それぞれの開口部３ｂを通して鼻呼吸による呼吸気を流出入させるためのものである。そして、これら開口部３ｂには、その一辺の中央から短冊状に延びる圧力センサ５が設けられている。この圧力センサ５は、変位動作に応じて抵抗値が変化する圧電素子５ａであり、その圧電素子５ａの変位に応じた電圧を出力するようになっている。
また、基板部材３ａの中央であって、両開口部３ｂの間には、体動センサとしての加速度センサ６が設けられている。加速度センサ６は、例えば、静電容量型のものであって、図示しない固定式の固定電極と、鼻呼吸センサ３の動きに応じて移動する可動電極とを備えている。そして、固定電極と可動電極との幅の広狭、すなわち、その間の静電容量の大小に応じた信号を出力するようになっている。
さらに、鼻呼吸センサ３の裏面には、被験者の鼻孔２ａに装着するためのクリップ８が取り付けられている。

このような構成のもと、鼻呼吸センサ３を被験者の鼻孔２ａに装着した状態で、被験者が呼吸を行ったとする。すると、鼻孔２ａからの呼吸気の流出入に応じて、鼻孔２ａの内方から外方または外方から内方に向かう空気の流れが交互に生じる。この時、その空気流が開口部３ｂを通過することにより、空気流の圧力方向および圧力の強度に応じて、圧力センサ５が変形させられるようになっている。つまり、空気流に応じて、圧電素子５ａが鼻孔２ａの内方または外方に歪む。そこで、圧力センサ５からはこの圧電素子５ａの変形方向および変形量に応じた電圧が発生する。この電圧は、ワイヤ７を介して出力されるようになっている。なお、ここで、空気流の圧力方向の変化とは空気圧変化のことをいい、空気流の圧力の強度とは空気圧強度のことをいうものとする。
さらに、被験者の寝返り等により体動が生ずると、その動きに合わせて、上記可動電極が移動する。そのため、加速度センサ６では、固定電極との間の静電容量の大小に応じた信号が発生する。この信号は、体動情報として、ワイヤ７を介して出力されるようになっている。

また、データ処理部４は、種々の処理、演算を行う演算部９を内蔵する処理部本体４ａを有する。更に、データ処理部４は、処理部本体４ａの外面に固定された取付部４ｂとを備えており、この取付部４ｂによって、被験者の耳に装着することができるようになっている。
演算部９は、図２に示すように、後述する呼吸情報分析手段１５および呼吸情報補正手段１６を備えている。さらに、呼吸情報分析手段１５は、呼吸周期および呼吸流量をそれぞれ分析する呼吸周期分析手段（第１呼吸情報分析手段）１７、呼吸流量分析手段（第２呼吸情報分析手段）１８を備えている。
また処理部本体４ａには、図３のブロック図に示すように、演算部９のほか、呼吸信号処理部１１、体動信号処理部１２、Ａ／Ｄ変換部１０およびメモリーカードコネクタ１３が内蔵されている。ここで、呼吸信号処理部１１および体動信号処理部１２は、圧力センサ５および加速度センサ６からの出力信号をそれぞれ波形成形処理する。また、Ａ／Ｄ変換部１０は、呼吸信号処理部１１および体動信号処理部１２からの信号をデジタル変換する。また、メモリーカードコネクタ１３は、メモリーカード２１と演算部９とを接続する。なお、メモリーカード２１には、解析プログラムが格納されている。

このような構成のもと、圧力センサ５および加速度センサ６からの出力信号が、それぞれ呼吸信号処理部１１および体動信号処理部１２により波形成形処理される。続いて、これらの信号は、Ａ／Ｄ変換部１０を介して、演算部９に入力される。そして、演算部９により所定の演算がなされるとともに、その演算結果が、図示しないメモリに、逐一記憶されるようになっている。

次に、この睡眠時呼吸状態測定装置１の作用について説明する。
まず、被験者は、就寝前に、睡眠時呼吸状態測定装置１を装着する。これは、図４に示すように、鼻呼吸センサ３を鼻孔２ａに、データ処理部４を耳部２０に装着する。この状態で、ベッド等に横たわり、通常どおり就眠する。この睡眠時において、後述するように被験者の適正な呼吸情報がメモリに記憶される。被験者は、計測終了後に、睡眠時呼吸状態測定装置１を病院に返却し、医者は、睡眠時呼吸状態測定装置１に対して、メモリーカード２１ごとに被験者に対応して後述する呼吸情報の分析処理を実行させる。これによって、図５（ｃ）に示すような、睡眠時の呼吸状態が分析される。

本実施例に係る睡眠時呼吸状態測定装置１においては、以下のようにして、被験者の呼吸情報がメモリに記憶され、その呼吸情報が分析される。
すなわち、鼻呼吸センサ３が被験者の鼻孔２ａに装着されると、被験者が鼻孔２ａから息を吸い込むときは、その吸気による空気圧の強度に応じて、圧電素子５ａが鼻孔２ａの内方に曲げられる。一方、鼻孔２ａから息を吐くときには、その呼気による空気圧の強度に応じて、圧電素子５ａが鼻孔２ａの外方に曲げられる。したがって、通常どおり呼吸をしている状態においては、図５（ｃ）に示すように、これら圧電素子５ａの上記内方と外方とに向けられた歪みが、一定の周期をもって交互に繰り返されることになる。そして、圧力センサ５により、呼吸気による空気圧変化および空気圧の強弱の度合い、すなわち圧電素子５ａの変形方向および変形量に応じて、所定の電圧値が呼吸情報として出力される。この出力は、呼吸信号処理部１１により波形成形処理され、さらに、Ａ／Ｄ変換部１０によりデジタル信号に変換された後、演算部９に入力される。そして、演算部９により所定の演算がなされた後、その演算結果が逐一メモリに記憶される。

また、被験者が睡眠時に寝返り等を打つことにより体動が生ずると、図５（ａ）に示すように、圧力センサ５からの出力にノイズが発生するおそれがある。本実施例においては、以下のようにして、そのノイズが除かれる。
すなわち、体動にともなって鼻呼吸センサ３が被験者と一緒に動くと、それに応じて、加速度センサ６の可動電極が移動し、この可動電極と固定電極との幅の広狭が変化する。そのため、両電極間の静電容量が変化し、図５（ｂ）に示すように、この静電容量の大小に応じた信号が、体動情報として、加速度センサ６から出力される。この出力値は、体動信号処理部１２により波形成形処理された後、Ａ／Ｄ変換部１０によりデジタル信号に変換され、このデジタル信号が演算部９に入力される。そして、演算部９により、上記体動情報が差し引かれることにより、上記呼吸情報が補正され、この補正後の適正な呼吸情報が逐一メモリに記憶される。

さらに、これら呼吸情報が以下のようにして分析される。メモリーカードコネクタ１３にメモリーカード２１を接続し、メモリーカード２１に格納された分析プログラムを実行させる。すると、呼吸周期分析手段１７により、上記メモリに記憶された呼吸情報に基づいて、呼吸周期が算出される。すなわち、圧電素子５ａの変形方向の変化に応じて、図５（ｃ）に示すように、吸気時をプラス値、呼気時をマイナス値として、これら交互に繰り返されるプラスマイナスの所定の時間を計ることにより、呼吸周期が算出される。
また、呼吸流量分析手段１８により、呼吸流量が算出される。すなわち図５（ｃ）に示す吸気時の圧電素子５ａの変形量の推移をプロットした曲線と、ｔ軸とで囲まれた部分の面積を求めることにより、吸気時総流量が算出される。また、同様にして呼気時の総流量が算出される。これにより、被験者の睡眠時における呼吸周期および呼吸流量が算出され、被験者の詳細な呼吸状態が計測される。

以上より、本実施例に係る睡眠時呼吸状態測定装置１によれば、圧力センサ５の変形方向が変化することにより、鼻孔２ａからの呼吸気の流出入による空気圧変化が検出されるため、測定中における室温等の温度変化の影響を受けることなく、高精度に被験者の呼吸状態を測定することができる。
また、圧力センサ５の変形量に応じて空気圧強度が検出されるため、より精度の高い測定をすることができる。
また、被験者の体動による加速度センサ６からの体動情報に基づいて、圧力センサ５からの呼吸情報が補正されることから、より一層、高精度な測定をすることができる。
さらに、加速度センサ６が圧力センサ５と一体に設けられていることから、圧力センサ５の動きに合致した正確な体動情報を検出することができる。
また、呼吸周期分析手段１７および呼吸流量分析手段１８により、被験者の睡眠時における呼吸周期、呼吸流量が算出されるため、被験者の呼吸状態を詳細に測定することができる。

（実施例２）
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
図６から図８は、本発明の第２の実施例を示したものである。
図６から図８において、図１から図４に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施例と上記第１の実施例とは基本的構成は同一であり、以下の点において異なるものとなっている。
すなわち、本実施例においては、図６に示すように、鼻呼吸センサ３に、その下方に延びる口呼吸センサ（呼吸センサ）２２が、コネクタ２５を介して着脱可能に設けられている。
口呼吸センサ２２には、鼻呼吸センサ３を被験者の所定の部位に装着した状態で、口部２４に対向する位置に配される口部用圧力センサ２３が取り付けられている。そして、口部用圧力センサ２３は、上記と同様に、変位動作に応じて抵抗値が変化する口部用圧電素子２３ａを備えており、その口部用圧電素子２３ａの変形方向および変形量に応じた電圧を、口呼吸情報として出力するようになっている。

このような構成のもと、図７に示すように、被験者は鼻呼吸センサ３および口呼吸センサ２２を装着する。すると、鼻孔２ａからの呼吸気だけでなく、口部２４における呼吸気についても、口呼吸センサ２２により検出が行われる。この時、口部２４からの空気流の圧力方向および圧力強度についても、鼻呼吸センサ３と同様の作用によって、口呼吸情報として、口呼吸センサ２２から信号として出力される。この出力信号は、図８のブロック図に示すように、コネクタ２５を介して、呼吸信号処理部１１に入力される。さらに、Ａ／Ｄ変換部１０を介して演算部９に入力されるとともに、演算部９によって所定の演算がなされる。
以上より、本実施例によれば、鼻呼吸センサ３からの呼吸情報に加えて、口呼吸センサ２２からの口呼吸情報をも加味することができることから、被験者が口部２４からのみ呼吸をしているときでも、より正確に呼吸状態を測定することができる。

なお、上記第１の実施例では、鼻呼吸センサ３を被験者の鼻孔２ａに装着するとしたが、これに限らず、被験者の口部に装着するようにしてもよい。
また、上記第１および第２の実施例では、鼻呼吸センサ３の中央に加速度センサ６を設けるとしたが、これに限らず、その設置箇所は適宜変更してもよい。さらに、鼻呼吸センサ３と加速度センサ６とが一体に設けられているが、両者を別個に設けてもよい。その際、加速度センサ６を、例えば、被験者の頭部等に装着するようにすればよい。ただし、両者を一体に設けた方がより高精度に呼吸状態を計測できるのは言うまでもない。また、鼻呼吸センサ３に、加速度センサ６を設けるとしたが、この加速度センサ６はなくてもかまわない。ただし、加速度センサ６を設けた方がより高精度に呼吸状態を計測できるのは言うまでもない。
また、データ処理部４を被験者の耳部２０に設けるとしたが、これに限らず、その装着箇所や設置場所等は適宜変更してもよい。

本発明に係る睡眠時呼吸状態測定装置の第１の実施例を示す概略構成図である。 同実施例における睡眠時呼吸状態測定装置の演算部を示す説明図である。 同実施例における睡眠時呼吸状態測定装置の原理を示すブロック図である。 同実施例における睡眠時呼吸状態測定装置を装着した様子を示す説明図である。 同実施例における睡眠時呼吸状態測定装置を使用して被験者の呼吸状態を示したグラフであり、（ａ）は圧力センサによる呼吸情報、（ｂ）は加速度センサによる体動情報、（ｃ）は呼吸情報から体動情報を差し引いた後の呼吸情報を示した説明図である。 本発明に係る睡眠時呼吸状態測定装置の第２の実施例を示す概略構成図である。 同実施例における睡眠時呼吸状態測定装置を装着した様子を示す説明図である。 同実施例における睡眠時呼吸状態測定装置の原理を示すブロック図である。

符号の説明

１ 睡眠時呼吸状態測定装置
３ 鼻呼吸センサ（呼吸センサ）
９ 演算部
５ 圧力センサ
６ 加速度センサ（体動センサ）
１５ 呼吸情報分析手段
１６ 呼吸情報補正手段
２２ 口呼吸センサ（呼吸センサ）

Claims (7)

1. 被験者の鼻孔または口の少なくとも一方に装着され、呼吸に伴う前記鼻孔または口からの呼吸気の流出入による空気圧変化を検出する呼吸センサと、
   該呼吸センサにより検出された前記空気圧変化の情報の中から、呼吸情報を分析する呼吸情報分析手段と、
   を有することを特徴とする睡眠時呼吸状態測定装置。
2. 前記呼吸センサが、前記空気圧変化と同時に、空気圧強度を検出することを特徴とする請求項１に記載の睡眠時呼吸状態測定装置。
3. 前記呼吸センサが、圧力センサであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の睡眠時呼吸状態測定装置。
4. 前記呼吸情報分析手段が、前記空気圧変化により呼吸周期を分析する第１呼吸情報分析手段と、
   前記空気圧変化および前記空気圧強度により呼吸流量を分析する第２呼吸情報分析手段と、
   を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の睡眠時呼吸状態測定装置。
5. 被験者の睡眠時における体動を検出する体動センサを備え、
   該体動センサにより検出された体動情報に基づいて、前記呼吸情報を補正する呼吸情報補正手段を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の睡眠時呼吸状態測定装置。
6. 前記体動センサが、前記呼吸センサと一体に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の睡眠時呼吸状態測定装置。
7. 前記体動センサが、加速度センサであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の睡眠時呼吸状態測定装置。
   

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