JP2015136380A5

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Publication number: JP2015136380A5
Application number: JP2014007865A
Authority: JP
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2034-01-20

Description

本発明に係る睡眠状態モニタリングシステムは、
人体の橈骨動脈部の血管上の皮膚を介して設けられ当該血管に流れる脈波の圧力変化を検出して血管脈波信号の電圧値として測定する第１の圧力センサと、
印加する圧力値を制御可能な圧力印加機構と、
上記第１の圧力センサの近傍に設けられ、圧力値が予め校正されかつ上記圧力印加機構により第２の圧力センサ及び上記皮膚を介して上記血管に対して応力を印加するときの圧力値を検出する第２の圧力センサと、
上記人体の指尖部の血管上の皮膚を介して設けられ当該血管に流れる脈波の圧力変化を検出して血管脈波信号の電圧値として測定する第３のセンサと、
上記各血管脈波信号及び上記検出される圧力値に基づいて、上記橈骨動脈部の第１の最大血圧値及び上記指尖部の第２の最大血圧値を測定する制御手段とを備える睡眠状態モニタリングシステムであって、
上記制御手段は、
（Ａ）所定の時間期間において上記第１の最大血圧値が所定の第１のしきい値以上増加しているときに最大血圧値が所定の第２のしきい値以上減少しているときに、上記人体が覚醒状態であると判断し、
（Ｂ）上記時間期間において、上記第１の最大血圧値が上記第１のしきい値以上増加しているときに上記第２の最大血圧値が所定の第３のしきい値以上増加し、もしくは、上記第１の最大血圧値が上記しきい値以上減少しているときに上記第２の最大血圧値が上記第３のしきい値以上減少しているとき、上記人体が睡眠状態であると判断することを特徴とする。

次いで、図４及び図５を参照して、脈波及び圧力検出印加装置２０のＭＥＭＳ圧力センサ３０の構成及び動作について以下に説明する。図４は図２及び図３のＭＥＭＳ圧力センサ３０を構成する複数Ｎ個の単位センサ回路３１−１〜３１−Ｎの配置構成を示す平面図であり、図５は図４のＭＥＭＳ圧力センサ３０の回路構成を示す回路図である。

図１６Ａは本発明の第１の変形例に係る、圧力アクチュエータ３６及びＭＥＭＳ圧力センサ３０を備えた脈波及び圧力検出印加装置２０Ａの構成を示す縦断面図である。図１６Ａにおいて、脈波及び圧力検出印加装置２０Ａは、被測定者の血管８に対する圧力及び脈波を検出する圧力シートセンサ３５と、被測定者の血管８に対して圧力を印加する圧力アクチュエータ３６とが所定の筐体３７内で例えばウレタンなどの充填材３８を用いて設けられる。ここで、好ましくは、ＭＥＭＳ圧力センサ３０と圧力シートセンサ３５とは直接に接触して設けられる。これにより、圧力アクチュエータ３６の応力が図１６Ａの位置３６ａから下側方向の圧力３６ｆで、ＭＥＭＳ圧力センサ３０及び被測定者の皮膚を介して血管８に印加される。

図１６Ｂは本発明の第２の変形例で係る、被験者などの人間の指尖部９で押圧するＭＥＭＳ圧力センサ３０を備えた脈波及び圧力検出印加装置２０Ｂの構成を示す縦断面図である。図１６Ｂの脈波及び圧力検出印加装置２０Ｂにおいては、図１６Ａの圧力アクチュエータ３６に代えて、被験者などの人間の指尖部９により図の下側方向９ａで筐体３７の上部中央部の位置３６ａからＭＥＭＳ圧力センサ３０及び被測定者の皮膚を介して血管８に対して圧力（応力）９ｆを加えるものである。

発光素子１１４に対する駆動回路としては、電源電圧Ｖｃｃと接地の間に発光素子１１４と駆動トランジスタ１２４とを直列に接続して駆動トランジスタ１２４の制御端子であるベースを所定のバイアス条件とする構成が用いられる。この構成において、駆動トランジスタ１２４のベースヘの入力信号がハイとなると、駆動トランジスタ１２４がオンして、発光素子１１４に駆動電流が流れる。これによって発光素子１１４が発光し、その光が皮膚を介して血管８に向けて放射される。また、受光素子１１６のための検出回路としては、正の電源電圧Ｖｃｃと負の電源電圧−Ｖｃｃとの間に負荷抵抗１２２とトランジスタ１２３と受光素子１１６とが直列に接続される構成が用いられる。この構成において、発光素子１１４の光によって照射された血管８からの反射光（透過光）を皮膚を介して受光素子１１６が受光することで、受光素子１１６に光電流が発生する。その光電流の大きさは、負荷抵抗１２２に流れる電流の大きさに対応する出力電圧Ｖｏｕｔの信号（出力電圧信号）として出力される。なお、出力電圧Ｖｏｕｔの信号は自励発振信号であるので交流信号である。

上記自励発振回路を構成する光探触子回路１２０からの出力電圧信号は、図１と同様に、増幅器３０Ａ及びＡ／Ｄ変換器３１を介して装置コントローラ５０に出力される。このように、発光素子１１４から光が血管８（正確には、例えば酸化ヘモグロンビンを含む血液が充填された血管の血管壁）により放射され、血管８からの反射光を受光素子１１６が受け取る場合には、発光素子１１４から受光素子１１６に直接入射する光の影響がないものとして、光探触子回路１２０からの出力電圧信号は光の伝搬距離（発光素子１１４から放射された光が受光素子１１６に到達するまでの距離をいう。）に応じて出力電圧Ｖｏｕｔが変化するので、血管８が脈動により変化すると、出力電圧Ｖｏｕｔが変化し、すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔは脈動の変化に対応して変化する。

第４の実施形態．
図２８は本発明の第４の実施形態に係る睡眠状態モニタリングシステム１０Ａの構成を示すブロック図である。睡眠状態モニタリングシステム１０Ａは、図１の血管脈波測定システム１０に比較して以下の点が異なる。
（１）手首の橈骨動脈部７に脈波及び圧力検出印加装置２０Ｅに装着し、指尖部９に光探触子回路１２０を装着したこと。
（２）装置コントローラ５０に代えて、覚醒状態／睡眠状態判別処理モジュール５３Ａを有する装置コントローラ５０Ａを備えたこと。覚醒状態／睡眠状態判別処理モジュール５３Ａは、図３０の覚醒状態／睡眠状態判別処理を実行することにより、人体の被測定者６が覚醒状態であるか睡眠状態であるかを判別して表示部６０Ａに表示する。
（３）表示部６０に代えて、表示部６０Ａを備えたこと。表示部６０Ａは、各表示６１〜６３に加えて、脳波表示６４と、覚醒状態を示す発光ダイオード（ＬＥＤ）６５と、睡眠状態を示す発光ダイオード（ＬＥＤ）６６とを備える。
（４）人体の被測定者６の頭部に複数の脳波電極７０ａを装着し、複数の脳波電極７０ａからの各脳波信号に基づいて複数の脳波を測定する脳波計７０を設けたこと。脳波計７０からの複数の脳波信号は装置コントローラ５０Ａを介して表示部６０Ａに伝送されて脳波表示６４に表示される。

図３０のステップＳ６１において、直近の所定周期分（例えば２１周期分）の脈波波形データをバッファメモリに格納する。次いで、ステップＳ６２において、脈波波形データに基づいて、橈骨動脈部７の脈波信号に基づく最大血圧値Ｐ１を測定し、指尖脈波信号に基づく最大血圧値Ｐ２を測定し、ステップＳ６３において、所定の時間期間（例えば２〜５周期）において最大血圧値Ｐ１が所定のしきい値Ｐｔｈ１以上増加しているときに最大血圧値Ｐ２が所定のしきい値Ｐｔｈ２以上減少しているか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ６４に進む一方、ＮＯのときはステップＳ６５に進む。ステップＳ６４では、人体の被測定者６は覚醒状態と判断して発光ダイオード（ＬＥＤ）６５を点灯させ、ステップＳ６１に戻る。ステップＳ６５において所定の時間期間（例えば２〜５周期）において、最大血圧値Ｐ１が上記しきい値Ｐｔｈ１（上記しきい値Ｐｔｈ１とは異なるしきい値であってもよい）以上増加しているときに最大血圧値Ｐ２が所定のしきい値Ｐｔｈ３以上増加しているか否か、もしくは、最大血圧値Ｐ１が上記しきい値Ｐｔｈ１（上記しきい値Ｐｔｈ１とは異なるしきい値であってもよい）以上減少しているときに最大血圧値Ｐ２が上記しきい値Ｐｔｈ３（上記しきい値Ｐｔｈ３とは異なるしきい値であってもよい）以上減少しているか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ６６に進む一方、ＮＯのときはステップＳ６１に戻る。ステップＳ６６において人体の被測定者６は睡眠状態と判断して発光ダイオード（ＬＥＤ）６５を点灯させ、ステップＳ６１に戻る。

以上のように構成された睡眠状態モニタリングシステムでは、脳波、及び血圧（圧力センサによる脈圧モニタリング）と、指尖部９と手首の橈骨動脈部７の２カ所の脈波信号（光センサによる脈波モニタリング）の同期測定により、測定機能一体型の小型簡易睡眠状態監視装置を構成できる。ここで、「脳波の覚醒状態・睡眠状態（脳波計７０）」と、「手首の橈骨動脈の血圧（ＭＥＭＳ圧力センサ３０又は変形例に係る光センサ）」と、「指先の毛細血管の血圧（光センサ）」を同期比較することで、脳波の覚醒時と睡眠時の差異パターンを検出することができる。脳波が睡眠中を示す場合は、手首の橈骨動脈部７及び指尖部９の最大血圧値Ｐ１，Ｐ２は連動し、すなわち、最大血圧値Ｐ１が増加すれば最大血圧値Ｐ２も増加し、もしくは、最大血圧値Ｐ１が減少すれば最大血圧値Ｐ２も減少する。一方、脳波が覚醒中を示す場合は、最大血圧値Ｐ１，Ｐ２が連動せず、最大血圧値Ｐ１が増加するが、最大血圧値Ｐ２は減少するパターンとなる。これらの知見は発明者が発見したものであり、その知見に基づいて本実施形態に係る睡眠状態モニタリングシステムを発明した。以上のようにして、最大血圧値Ｐ１，Ｐ２に基づいて人体の被測定者６が覚醒状態か睡眠状態かを判別することができる。

以上のように構成された脈波及び圧力検出印加装置２０ＡＡにおいて、ＭＥＭＳ圧力センサ３０よりも面積が大きい粘着シート４０に円形孔（空気孔）４０ｃを形成し、手首の橈骨動脈部７からの脈圧を円形孔３７ｃ，４０ｃにより形成された空間４１を介して、ＭＥＭＳ圧力センサ３０のダイアフラム３０ｄに伝達させる。これにより、橈骨動脈部７が円形孔３７ｃ，４０ｃの中心から若干ずれても、ＭＥＭＳ圧力センサ３０の位置の余裕度を大きくすることができ、橈骨動脈部７からの脈圧を確実に得ることができる。なお、粘着シート４０の代わりにゲルシート等の圧力伝達媒体を使用してもよい。

以上詳述したように、本発明に係る睡眠状態モニタリングシステムは、橈骨動脈部７の最大血圧値Ｐ１と、指尖部９の最大血圧値Ｐ２を測定して、それらの測定値の増加又は減少パターンに基づいて、脳波計７０を用いずに、人体の被測定者６が覚醒状態か睡眠状態かを判別することができる。

６…被測定者、
７…橈骨動脈部、
９…指尖部、
１０…血管脈波測定システム、
１０Ａ…睡眠状態モニタリングシステム、
１１…直流電圧源、
１２…ＭＥＭＳ圧力センサ抵抗、
１５…ホイーストンブリッジ回路、
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ…脈波及び圧力検出印加装置、
２１…５関節リンク機構、
２２…筐体、
２２ａ，２２ｂ…軸受け孔、
３０…ＭＥＭＳ圧力センサ、
３０Ａ…増幅器、
３０ｄ…ダイアフラム、
３１−１〜３１−Ｎ…単位センサ回路、
３２…電圧増幅器、
３３…Ａ／Ｄ変換器、
３４…制御信号線、
３６…圧力アクチュエータ、
３７…筐体、
３７Ａ…ジェルシート、
３７Ｓ…筐体基板、
３８…充填材、
３８Ａ…ジェル、
３９…校正圧力センサ、
４０…粘着シート、
５０…装置コントローラ、
５０ｍ…内部メモリ、
５１…血管脈波測定処理モジュール、
５２…血圧値校正処理モジュール、
５３…睡眠状態判別処理モジュール、
５３Ａ…覚醒状態／睡眠状態判別処理モジュール、
６０…表示部、
６１，６２…脈動波形表示、
６３…血管脈波測定値表示、
６４…脳波表示、
６５，６６…発光ダイオード（ＬＥＤ）、
７０…脳波計、
７０ａ…脳波電極、
７１…クロック再生回路、
１１２…光探触子、
１１３…保持部、
１１４…発光素子、
１１６…受光素子、
１１８…回路基板、
１２０…光探触子回路、
１２２…負荷抵抗、
１２４…駆動トランジスタ、
１２５…センサコントローラ、
１２６…距離選択スイッチ、
１２７…素子選択スイッチ、
１３０…増幅器、
Ｊ１〜Ｊ５…関節、
Ｌ１〜Ｌ４…リンク、
Ｍ１，Ｍ２…ステッピングモータ。

Claims

人体の橈骨動脈部の血管上の皮膚を介して設けられ当該血管に流れる脈波の圧力変化を検出して血管脈波信号の電圧値として測定する第１の圧力センサと、
印加する圧力値を制御可能な圧力印加機構と、
上記第１の圧力センサの近傍に設けられ、圧力値が予め校正されかつ上記圧力印加機構により第２の圧力センサ及び上記皮膚を介して上記血管に対して応力を印加するときの圧力値を検出する第２の圧力センサと、
上記人体の指尖部の血管上の皮膚を介して設けられ当該血管に流れる脈波の圧力変化を検出して血管脈波信号の電圧値として測定する第３のセンサと、
上記各血管脈波信号及び上記検出される圧力値に基づいて、上記橈骨動脈部の第１の最大血圧値及び上記指尖部の第２の最大血圧値を測定する制御手段とを備える睡眠状態モニタリングシステムであって、
上記制御手段は、
（Ａ）所定の時間期間において上記第１の最大血圧値が所定の第１のしきい値以上増加しているときに最大血圧値が所定の第２のしきい値以上減少しているときに、上記人体が覚醒状態であると判断し、
（Ｂ）上記時間期間において、上記第１の最大血圧値が上記第１のしきい値以上増加しているときに上記第２の最大血圧値が所定の第３のしきい値以上増加し、もしくは、上記第１の最大血圧値が上記しきい値以上減少しているときに上記第２の最大血圧値が上記第３のしきい値以上減少しているとき、上記人体が睡眠状態であると判断することを特徴とする睡眠状態モニタリングシステム。
上記判断結果を報知する報知手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の睡眠状態モニタリングシステム。
上記人体の脳波を測定して表示する脳波測定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の睡眠状態モニタリングシステム。
上記第１及び第２の圧力センサはそれぞれ、上記血管に流れる脈波の圧力変化を抵抗値変化として検出するＭＥＭＳ圧力センサであり、
上記第３のセンサは、
皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、上記血管からの反射光又は上記血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含む光探触子と、
入力される駆動信号に基づいて上記発光素子を駆動する駆動回路と、
上記受光素子により受光された光を電気信号に変換して上記駆動信号として出力する検出回路とを備えた光探触子回路を用いて構成された光センサであることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の睡眠状態モニタリングシステム。
上記第１の圧力センサ及び第３のセンサはそれぞれ、
皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、上記血管からの反射光又は上記血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含む光探触子と、
入力される駆動信号に基づいて上記発光素子を駆動する駆動回路と、
上記受光素子により受光された光を電気信号に変換して上記駆動信号として出力する検出回路とを備えた光探触子回路を用いて構成された光センサであり、
上記第２の圧力センサは、上記血管に流れる脈波の圧力変化を抵抗値変化として検出するＭＥＭＳ圧力センサであることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の睡眠状態モニタリングシステム。