JP2010131340A - 睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、睡眠時の呼吸時における寝具への圧力変化を寝具の上と人体との間に敷きつめられた光ファイバにより検知し、無呼吸睡眠状態などの測定を迅速簡便に行なう光ファイバシートに関するものである。
【解決手段】 通気性のあるスポンジ構造あるいはメッシュ構造の中敷きマット上にあるいはその両方を用いたものの間に光ファイバを蛇行配線して、光ファイバに加わる側圧により発生する過剰損失による伝送信号光の変化を計測可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、睡眠時の呼吸における寝具への圧力変化を寝具の上と人体との間に敷きつめられた光ファイバにより検知し、光ファイバへの側圧変化に起因する信号をパソコンやマイコン等で制御されたメモリーカード等に収録し、無呼吸睡眠状態を検知し健康管理を迅速に行なう健康管理器具のための光ファイバシートに関するものである。

睡眠時無呼吸症候群（Ｓｌｅｅｐ Ａｐｎｅａ Ｓｙｎｄｒｏｍｅ：ＳＡＳ）とは睡眠中に１０秒以上の呼吸が停止もしくは、気道が狭くなり呼吸が細くなること（１０秒以上換気量が５０％以上低下すること）が５回以上繰り返される病気である。起床時の頭痛，日中の眠気などの症状が現れる。また，高血圧を引き起こす原因となり，心筋梗塞・脳卒中などの合併率も高くなる。その他にも夜間頻尿やインポテンツ、頭重感や口渇などの症状がある。また、中高年の男性にみられることが多いが，近年子供にも増えてきているといわれている。柔らかい食物を多く摂取するようになり顎が退化し始めた人類宿命の病気とも言われている。また、睡眠時無呼吸症候群の患者では眠気が強いと居眠り運転をして交通事故や産業事故を起こしやすく、電車等の公共交通機関の運転手などでこのような病気の者が運転に携わることは社会的に極めて危険なことである。２００３年の新幹線居眠り運転などで一躍注目を集めるようになったＳＡＳの患者数が、全国人口の４％、数にして４８０万人とも言われ、そのうち潜在的な患者数は２８０万人とも言われている。従って本発明のような家庭で簡単に診断できる健康管理器具ための光ファイバシートは国民の健康維持、社会の安全確保に大いに有用なものであると言える。

本発明は、睡眠中の呼吸時と無呼吸時での、寝具（シーツや敷布団等）に設置した光ファイバへの応力付加変化による過剰損失の変化を計測し、パソコンやマイコン等で制御されたメモリーカード等に一晩の睡眠時の経時変化を記録するものである。使用する光ファイバの中でもプラスチック光ファイバは、曲げに強く、安価なため、家庭用に普及させるには適している。石英系光ファイバや石英コア−プラスチッククラッド光ファイバも適用可能である。さらに、低価格なＬＥＤを光源とすることで低コスト化が可能である。一般にプラスチック光ファイバは変形しやすく、応力付加によりプラスチック光ファイバの形状は変化する。その形状変化により、導波構造が乱れ、プラスチック光ファイバの伝送損失に過剰損失が発生する。石英光ファイバにおいては側圧付加によりマイクロベンディングロスが発生し、光ファイバの伝送損失に過剰損失が発生する。この側圧による過剰損失発生を原理とするセンシング機能を活かし、光ファイバを用いた睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートを提供するものである。より大きな側圧がかかる場合やより速い応答波形を測定する場合は、石英系光ファイバや石英系コア−プラスチッククラッド形の光ファイバを用いた睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートを提供するものである。

現在主に行われているＳＡＳの診断には、一晩の入院により行う［終夜睡眠ポリグラフ検査（ＰＳＧ検査）］や、自宅にて携帯用装置を用いて行う［睡眠検査（パルスオキシメータによる簡易検査）］がある。しかしながら、これらの検査は、入院や検査後に、技師による解析が必要であり、手間・時間、そして高い費用がかかっていた。従来の睡眠時無呼吸センサは口元や鼻の近くにサーミスタを配置するものなど、自然な睡眠を妨げるものであった。また、敷布団の上に特殊マットを置き、呼吸によるマットの高低の変化を気圧の変化（高度の変化による気圧の変化）で捉えるという極めてＳ／Ｎの悪い、即ち、脈拍や寝返りと呼吸による区別を特殊な数学的信号解析から行なう手法で信頼性に問題がある手法が開発されていた。

本発明は、以上の点を解決するために、光ファイバ（安全性を要求する場合はプラスチックファイバを、高感度を要求する場合は石英系光ファイバ）を寝具、特にシーツなどの下に敷きつめるなり、織り込むなどして、自然な睡眠を妨げないようにし、また側圧の大きさによる伝送損失の変化で呼吸状態、無呼吸状態を捉える睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートを提供しようというものである。

そのために、本発明では蛇行配線した光ファイバに加わる側圧により発生する過剰損失による伝送信号光の変化を計測する。さらには、この側圧により発生する過剰損失による伝送信号光の変化または反射光の変化を測定する上で、安全性を要求する場合はプラスチックファイバを、高感度を要求する場合は石英系光ファイバを用いる。睡眠時の発汗等の影響を避けるため、布製のカバーにより通気性を確保する。また迷光からの影響を排除しＳ／Ｎ比の改善するために黒色の布製カバーを用いる。洗濯等の衛生面も考慮し内カバー、外カバーの二重構造とする。衛生面からプラスチックカバーを用いる場合は通気性確保のため、細孔を多数施した穴あけ構造のシートカバーとする。製造方法の容易性確保のため、粘着シート上に光ファイバを配線する。持ち運び、取扱いの利便性を確保するため、カバー周辺にピアノ線や薄いばね用ステンレス鋼帯またはプラスチック製テープを配置する。

本発明は次のような効果を奏する。本発明の光ファイバシートを睡眠時無呼吸センサに用いることにより、睡眠時無呼吸状態を自然な睡眠を妨げない状態で日常、自宅でいつもの睡眠時に測定可能となる。即ち非侵襲性の健康管理器具を提供するものである。また、摩擦による静電気等の電気的雑音の影響を受けないために、誤作が少ない。また、荷重の大きさ、寝返りによる信号と呼吸による信号を完全に判別できるという特徴がある。光ファイバは１０ｇの１点荷重に対しても測定可能な過剰損失を与えるほど、側圧に敏感であり、極めて感度の良い、睡眠時無呼吸センサーの提供が可能である。一筆書き状に蛇行配線しているため、シート上のどこに体が位置していても、即ち寝相が悪い被験者に対しても測定を可能とするものである。さらに、通気性のあるスポンジ構造やメッシュ構造の中敷きマット（１１１）を用い、カバーにも布あるいは細孔穴あけ構造のプラスチックカバーを用いているので通気性が十分に確保され、寝汗等が生じないような普段の快適な睡眠状態を確保できる。黒い布製カバーで迷光を十分に遮光し、Ｓ／Ｎ比の確保もできている。内カバー、外カバーの二重構造で外カバーの洗濯を可能とし、衛生的な面での配慮も可能である。粘着シート上への光ファイバ配線により大量生産に向けた製造の容易性も確保されている。カバーの周囲に弾力性のある線やテープを配置し、円筒形に折りたたんで運搬の容易性、使用しない場合の保管整理の利便性が確保できる。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、各実施例はあくまで本発明を説明するための代表的実施形態の一例であり、本発明の普遍的な基本技術内容が各実施例によって限定されるものではない。

図１は本発明の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートの一使用形態を示す図である。光源（１００）に赤色ＬＥＤを用いて入力信号を入射端に入力させ、プラスチック光ファイバあるいは石英系光ファイバあるいは石英コア−プラスチッククラッド光ファイバ（１０２）を用いて蛇行配置した光ファイバシート（１０３）を敷布団とその上に敷いたシーツの間に挟んで配置し、出力端に受光素子としてＰＤ（フォトダイオード）（１０４）を用いて、一般家庭で睡眠時無呼吸の可能性のある被験者の測定を行った使用形態例を示している。本小型化睡眠時無呼吸センサーの場合は夜間の照明がある場合でも有効であることが明らかとなった。図２は本発明の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートを含む光ファイバ型睡眠時無呼吸症候群測定システムの構成図の１例である。自動記録プログラムと自動解析プログラムを内蔵したノートパソコンにＵＳＢ接続を利用して電源を供給し点灯可能な赤色ＬＥＤ光源（１０１）に階段形屈折率分布のプラスチック光ファイバシート（１０１）の一端を接続し、赤色の光を入射させ、プラスチック光ファイバシートの他端を小型の光パワーメータ（１１０）のＳｉ−ＰＤに接続し、伝送光を受光させて出力変動をパソコン（１０５）に記録させた。図３はこの測定に用いた、本発明の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートの一形態を示す一例であり、その組み立て構成図である。蛇行させたプラスチック光ファイバ（１０２）を、通気性のあるメッシュ構造の網（１１１）上に這わせても良いし、多数の空孔のあるスポンジ状の３ｍｍ厚の中敷きマット（１１２）上に這わせても良い。あるいはメッシュ構造の網（１１１）に光ファイバを編込み、中敷きマット（１１２）上に配置した「メッシュ上編込みスポンジ状中敷きマット上配置光ファイバシート」（１１３）の上に、黒い布製の外カバーを被せた「メッシュ上編込みスポンジ状中敷きマット上配置黒色布カバー付光ファイバシート」（１１４）を用いると、明るい室内での使用でも迷光の影響を避ける遮光効果が十分に得られた。このような本発明の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート及び本発明の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート含んで成る光ファイバ型睡眠時無呼吸症候群測定システムで測定した測定結果を図４に示す。この測定例は、例えば毎日の睡眠時に発する激しいいびきと、配偶者による被験者（男性身長１７５ｃｍ体重８５ＢＭＩ２７．８年齢４３歳）の方が夜中に呼吸が止まっているのではという心配から、この被験者の協力のもとに一般家庭で普段の就寝時の測定を行ったものである。正常呼吸、無呼吸、低呼吸の各領域と寝返り信号が明確に分離して捕捉されていることが明らかである。この例の他に、１０人の年齢３５歳から８２歳までの、痩せている女性（体重４２ｋｇ）から太っている男性（体重８５ｋｇ）までの１０人の方の測定協力の結果を得た。これまでに、研究協力という立場で１０人の被験者の協力を得て各家庭で普段の就寝時に測定を行い、本発明の光ファイバシートを用いた睡眠時無呼吸センサ装置でＰｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ−ＡＨＩ指数が５以上である６人の方をスクリーニングできた。そのうち都合で一泊入院検査が困難な１名の被験者を除き、確定診断のため専門医療機関でＰＳＧ診断を受診された方５名はいずれもＡＨＩが５〜４０の範囲に分布するという確定診断結果が得られた。本発明の光ファイバシートが普段の就寝時に無侵襲性な測定で睡眠時無呼吸症の可能性の高い潜在患者をスクリーンニングする上で極めて有効であることが明らかとなった。

図５は本発明の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート構成の一例で、実施例１で記述した本発明の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートを覆った黒い布製外カバーの例であり、黒い布製外カバー（１１５）で睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートを覆うことにより、室内蛍光灯等からの迷光の影響が避けられ、安定した測定が可能となった。

また、１１６の内カバーを本発明の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートで始めに覆い、続いて上記１１５の外カバーで覆う二重カバー構造にすることにより、外カバーの洗濯が可能となり、衛生面でも効果が発揮できた。

この二重カバー構造睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートでは睡眠時無呼吸センサとしての性能は実施例１の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート１１３、１１４と感度的に何ら変わりなく、むしろ室内の迷光の影響が避けられ点でより安定な測定が可能となり、その有効性が確認された。

図６は本発明の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート構成の一例で、蛇行配置した石英系光ファイバシート（１１６）を粘着シート（１１７）の上に配置し、その上にスポンジメッシュ１１２を配置して、全面粘着型光ファイバシート（１１８）を得た。これを１１５の外カバーで覆って得た構造が１１９、１２０の全面粘着型（カバー付き）睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートである。

この全面粘着型（カバー付き）睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート１１９、１２０は実施例１や実施例２の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート１１３、１１４と同様の機能を発揮し、むしろ全面粘着シート上に蛇行光ファイバを配置するという点で、生産性がより向上するという利点が得られた。

図７は本発明の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート構成の一例で、蛇行配置した石英系光ファイバシート（１１６）を周辺粘着シート（１２１）の上に配置し、その上にスポンジメッシュ（１１２）を配置して、周辺粘着型光ファイバシート１２２を得た。これを１１５の外カバーで覆って得た構造が１２３、１２４の周辺粘着型（カバー付き）睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートである。このカバーを内カバーと外カバーの二重カバー構造にして作製することも行った。

この周辺粘着型（カバー付き）睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート１２３、１２４は実施例１や実施例２の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート１１３、１１４と同様の機能を発揮し、むしろ周辺粘着シート上に蛇行光ファイバを配置するという点で、生産性がより向上するという利点が得られた。

図８は本発明の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート構成の一例で、実施例２の黒い布製内カバー（１１５）で覆った睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートの上に１２５の透明プラスチック製（クリアファイル）のカバーで覆った睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートである。

この構成により、寝汗や夜尿等による水分の影響が排除され、布による空ぶきやアルコールで湿らせた布ぶきにより、洗浄、殺菌が簡単に行えるという衛生面からの利点が達成された。

さらに、１２５の透明プラスチック製（クリアファイル）カバーの替わりに、１２６の多数の孔の空いた構造の透明プラスチック製穴あき構造（孔あきクリアファイル）カバーで覆った睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートも作製し、通気性の点で快適性が付与できることも確認できた。

図９は本発明の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート構成の一例で、実施例２の黒い布製内カバー（１１５）で覆った睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートの上に、実施例３の黒い布製の外カバーの周囲に小さな袋構造を付与し、そこに弾力のある金属線（ピアノ線）１２７を配置した。

この構成により、睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートを円筒形に丸めて、製図入れ等の円筒形キャリヤーに収納し、運搬が簡易になるなどの利便性を得ることが出来た。

さらに、弾力のある金属（ピアノ線）の替わりに、薄いばね用ステンレス鋼帯もしくはプラスチック製テープ１２８を配置しても、同様に円筒形に丸める収納性が確保でき、さらに二つ折り、三つ折り、四つ折り等の収納性も達成できる利点が得られた。

睡眠時無呼吸センサーの使用形態図である。 光ファイバ型睡眠時無呼吸症候群測定システムの構成図の１例 睡眠時無呼吸センサ用プラスチック光ファイバシートの構成例▲１▼（編込みタイプ） 本発明の光ファイバシートを用いた睡眠時無呼吸症候群測定システムの測定結果例 睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートのカバー構成例（ａ）（黒色布カバー） 睡眠時無呼吸センサ用石英系光ファイバシートの構成例▲３▼（全面粘着タイプ） 睡眠時無呼吸センサ用石英系光ファイバシートの構成例▲４▼（周辺粘着タイプ） 睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートのカバー構成例（ｂ）（透明プラスチックカバータイプ） 睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートの構成例▲５▼（ピアノ線配置タイプ） 睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートの構成例▲６▼（薄いばね用ステンレス鋼帯もしくはプラスチック製テープ配置タイプ）

符号の説明

１００ 光源（ＵＳＢを利用したＬＥＤ）
１０１ 光ファイバ
１０２ 蛇行配置光ファイバ
１０３ 光ファイバシート
１０４ 受光素子（フォトダイオード）
１０５ 記録・解析用コンピュータ
１０６ 記録データ
１０７ 光パワーメータ
１０８ 寝具
１０９ 枕
１１０ 光パワーメータ
１１１ メッシュ構造の網
１１２ スポンジ状の中敷きマット
１１３ メッシュ上編込みスポンジ状中敷きマット上配置光ファイバシート
１１４ メッシュ上編込みスポンジ状中敷きマット上配置黒色布カバー付光ファイバシート
１１５ 黒色布製外カバー
１１６ 黒色布製内カバー
１１７ 粘着シート
１１８ 全面粘着型光ファイバシート
１１９ 全面粘着型（カバー付き）睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート平面図
１２０ 全面粘着型（カバー付き）睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート断面図
１２１ 周辺粘着シート
１２２ 周辺粘着型光ファイバシート
１２３ 周辺粘着型（カバー付き）睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート平面図
１２４ 周辺粘着型（カバー付き）睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート断面図
１２５ 透明プラスチック製（クリアファイル）カバー
１２６ 透明プラスチック製穴あき構造（孔あきクリアファイル）カバー
１２７ 弾力のある金属線（ピアノ線）
１２８ 薄いばね用ステンレス鋼帯もしくはプラスチック製テープ

Claims (9)

1. 光ファイバに加わる側圧により発生する過剰損失による伝送信号光の変化を計測する睡眠時無呼吸センサにおいて、メッシュ構造のネットに光ファイバを蛇行させて編込んで配線したファイバシートを通気性のあるスポンジ構造状中敷きマット上に配置して成ることを特徴とする睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート。
2. 前記請求項１の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートにおいて、黒い布製外カバーにより覆って成ることを特徴とする睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート。
3. 前記請求項２の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートにおいて、内カバーと外カバーの二重カバー構造から成ることを特徴とする睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート。
4. 前記請求項２の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートにおいて、黒い布製外カバーの上にプラスチック製の最外カバーにより覆って成ることを特徴とする睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート。
5. 前記請求項４の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートにおいて、プラスチック製のカバーに多数の穴開け構造を施して成ることを特徴とする睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート。
6. 前記請求項１の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートにおいて、粘着シート上に光ファイバを敷き詰めて、通気性のあるスポンジ構造の中敷きマットとで光ファイバを挟み込んだ構造から成ることを特徴とする睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート。
7. 前記請求項６の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートにおいて、周辺のみが粘着性をもつ枠状粘着シートの上に光ファイバを蛇行配線することを特徴とする睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート。
8. 前記請求項２の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートにおいて、布製カバー周辺に閉じ袋構造を設け、その中にピアノ線を配置して成ることを特徴とする睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート。
9. 前記請求項２の睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシートにおいて、布製カバー周辺に設けた閉じ袋構造中に薄いばね用ステンレス鋼帯あるいはプラスチック製テープを配置して成ることを特徴とする睡眠時無呼吸センサ用光ファイバシート。