JP2016007243A - Apnea and/or infrequent respiration diagnostic device and apnea and/or infrequent respiration diagnostic method - Google Patents

Apnea and/or infrequent respiration diagnostic device and apnea and/or infrequent respiration diagnostic method Download PDF

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apnea and/or infrequent respiration diagnostic device capable of diagnosing whether or not a user's respiratory state is an apnea and/or infrequent respiration state with a high degree of precision based on a biological signal detected during sleep noninvasively and with no restraints without using a blood oxygen saturation measuring instrument, etc. together.SOLUTION: An apnea and/or infrequent respiration diagnostic device includes a respiratory signal detection part 4 for detecting respiratory signals of a user noninvasively and with no restraints, a normalization part 8 for normalizing the respiratory signal by changing a gain of the respiratory signal based on a value of difference between the maximum value and the minimum value in the respiratory signal for a predetermined time of the respiratory signals detected by the respiratory signal detection part 4, and a respiratory state determination part 9 for determining whether or not the user is in an apnea and/or infrequent respiration state based on the normalized respiratory signal normalized by the normalization part 8.

Description

本発明は、睡眠時に無侵襲且つ無拘束で検出した生体信号に基づいて利用者の呼吸状態が無呼吸及び/又は低呼吸であるか否かを診断する無呼吸及び/又は低呼吸診断装置並びに無呼吸及び/又は低呼吸診断方法に関する。 The present invention relates to an apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus for diagnosing whether or not a breathing state of a user is apnea and / or hypopnea based on a biological signal detected non-invasively and unconstrained during sleep, and The present invention relates to an apnea and / or hypopnea diagnosis method.

近年、睡眠時に無呼吸状態及び/又は低呼吸状態に陥ることにより、昼間に眠くなったり活力がなくなったりする等の症状が数多く報告されている。特に、睡眠時無呼吸症候群及び/又は低呼吸症候群(以下、無呼吸症候群と総称する)に起因した居眠り運転等は、社会的な問題を生じ、深刻な事態を引き起こす場合があることから、これらの疾患の治療の必要性が高まっている。 In recent years, many symptoms such as sleepiness or loss of vitality due to falling into an apnea state and / or a hypopnea state during sleep have been reported. In particular, doze driving caused by sleep apnea syndrome and / or hypopnea syndrome (hereinafter collectively referred to as apnea syndrome) may cause social problems and cause serious situations. There is a growing need for treatment of diseases.

日本における10歳以上の人口のうち、不眠症若しくは不眠傾向のある者は人口の20%約2400万人と推定されており、そのうち、無呼吸症候群の患者はその10%の240万人と推定されている。   Of the population over 10 years old in Japan, the number of people with insomnia or insomnia is estimated to be about 24 million, 20% of the population, of which about 2.4 million are 10% of those with apnea syndrome Has been.

無呼吸状態とは、10秒以上の呼吸停止状態をいい、60秒といった長時間の呼吸停止状態が継続するケースもみられる。また、低呼吸状態とは、呼吸による空気の取り入れ量が最大取り入れ量から50%以上低下した状態が10秒以上継続する状態をいう。症状が強い人は、1時間に30回を超える無呼吸状態が発生するといわれている。そして、無呼吸/低呼吸指数AHIが5以上の場合には、無呼吸症候群であるとされる。なお、AHI=5とは、1時間あたり5回以上の無呼吸状態/低呼吸状態が発生することを意味している。 The apnea state refers to a breath stop state of 10 seconds or more, and there is a case where a long breath stop state of 60 seconds continues. The hypopnea state refers to a state in which the state in which the amount of air taken in by respiration has decreased by 50% or more from the maximum amount of intake continues for 10 seconds or more. People with strong symptoms are said to have more than 30 apneas per hour. If the apnea / hypopnea index AHI is 5 or more, it is assumed that the patient has apnea syndrome. AHI = 5 means that five or more apnea / hypopnea situations occur per hour.

呼吸がなくなる原因には2種類ある。1つ目は中枢神経の異常であり、2つ目は気道が舌で閉塞される場合である。このうち、無呼吸症候群の原因の大部分は2つ目のものであり、深い睡眠状態に移行するときに、気道が舌で閉塞されてしまう場合が多い。これにより、深い睡眠に移行することができず、十分な睡眠が取れなくなり、日中も眠さを感じる症状が起こる。また、無呼吸状態や低呼吸状態によって酸欠状態が継続すると、血液中の酸素飽和度が4%以上も低下しやすいことが知られている。 There are two types of causes of lost breathing. The first is an abnormality of the central nervous system, and the second is when the airway is blocked by the tongue. Of these, most of the causes of apnea syndrome are the second one, and the airway is often blocked by the tongue when shifting to a deep sleep state. As a result, it is impossible to shift to deep sleep, so that sufficient sleep cannot be obtained, and symptoms of feeling sleepy during the day occur. In addition, it is known that when the oxygen deficiency state continues due to an apnea state or a hypopnea state, the oxygen saturation in the blood tends to decrease by 4% or more.

ここで、睡眠時における呼吸状態の判定を行う手法としては、いわゆる睡眠ポリソムノグラフ(PSG)による睡眠状態の判定と、鼻出口に呼気流速の測定装置を装着することによる呼吸測定とを組み合わせた手法が一般的に採用されている。しかしながら、これらの方法は、利用者の負担が大きく、通常の睡眠状態とは異なる結果が得られてしまう可能性があることが指摘されている。PSG法以外では、血液中の酸素濃度を測定し、血中酸素量の変化に基づいて無呼吸状態及び/又は低呼吸状態を判定する手法や、胸や腹の動き等を記録する装置も考案されているが、いずれも利用者を拘束するため、利用者の負担が大きい。また、これらの方法は、利用者が大きく動いたり、装置が外れてしまったりすると、計測を行うことができないという問題がある。 Here, as a technique for determining the respiratory state at the time of sleep, there is a technique that combines the determination of the sleep state by so-called sleep polysomnograph (PSG) and the respiration measurement by attaching the expiratory flow rate measuring device to the nose outlet. Generally adopted. However, it has been pointed out that these methods are heavy on the user and may result in a result different from the normal sleep state. Other than the PSG method, a method for measuring the oxygen concentration in the blood and determining apnea and / or hypopnea based on changes in the amount of oxygen in the blood, and a device for recording chest and abdominal movements, etc. However, in any case, since the user is restrained, the burden on the user is large. In addition, these methods have a problem that measurement cannot be performed if the user moves greatly or the device is disconnected.

ところで、呼吸信号は、その振幅が利用者によって様々であり、また、睡眠状態、体動等によっても信号振幅が大きく変化することから、無呼吸状態及び/又は低呼吸状態を判定するためには、呼吸信号を適切に正規化する必要がある。 By the way, since the amplitude of the respiratory signal varies depending on the user, and the signal amplitude varies greatly depending on the sleep state, body movement, etc., in order to determine the apnea state and / or the hypopnea state. The respiratory signal needs to be properly normalized.

このような正規化に関する技術としては、特開2007−283030号公報のように、呼吸信号の所定期間毎の分散値を演算し、正規化された分散値に基づいて睡眠時の呼吸の状態を判定するものがある。また、特開2007−44331号公報には、血中酸素濃度と脈波の周波数解析とに基づいて無呼吸状態を判定する際に、正規化データを生成する技術が記載されている。 As a technique related to such normalization, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-283030, a variance value for each predetermined period of a respiratory signal is calculated, and a respiratory state during sleep is calculated based on the normalized variance value. There is something to judge. Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-44331 describes a technique for generating normalized data when determining an apnea state based on blood oxygen concentration and pulse wave frequency analysis.

さらに、実製品における正規化手法としては、日本光電社のクラスII医療機器である「SAS2100」において、鼻及び口にノズルを挿入して呼気の流速を測定するものがある。この装置は、呼吸量の基準値を所定値に設定し、安定した呼吸波形時における信号振幅を100として正規化し、信号振幅が50%以下の場合を低呼吸状態と判定するとともに10%以下の場合を無呼吸状態と判定している。ただし、この装置においては、正規化のための安定した基準となる呼吸波形の取得状況によって測定精度が大きく変化するという問題がある。また、この装置においては、測定中にノズルが外れたり、鼻呼吸ではなく口呼吸になったりした場合には大きな誤差が生じるという問題もある。 Furthermore, as a normalization method in an actual product, there is a method of measuring the flow rate of exhalation by inserting a nozzle into the nose and mouth of “SAS2100”, a class II medical device manufactured by Nihon Kohden. This apparatus sets the reference value of the respiration rate to a predetermined value, normalizes the signal amplitude at the time of a stable respiration waveform as 100, determines that the signal amplitude is 50% or less as a hypopnea state, and 10% or less. The case is determined to be apnea. However, this apparatus has a problem that the measurement accuracy greatly varies depending on the acquisition state of a respiratory waveform that is a stable reference for normalization. In addition, this apparatus has a problem that a large error occurs when the nozzle comes off during measurement or when mouth breathing occurs instead of nasal breathing.

また、スズケン社のクラスII医療機器である「SD-102」は、多数点の圧力センサを用いて呼吸を検出し、測定初期の安定時期を基準として呼吸信号を正規化し、信号振幅が50%以下の場合を低呼吸状態と判定するとともに10%以下の場合を無呼吸状態と判定するという手法を採用している。しかしながら、この装置においても、正規化のための安定した呼吸波形の決定如何によって測定精度が大きく変化するという問題がある。例えば、利用者が横向き状態で横臥している場合における呼吸信号の振幅を正規化の基準とした場合には、利用者の体の傾き等が変化することによって基準から大幅に外れた信号が取得されることがある。 Suzuken's class II medical device “SD-102” detects respiration using a number of pressure sensors, normalizes the respiration signal based on the stable time at the beginning of the measurement, and the signal amplitude is 50%. A method is adopted in which the following case is determined as a hypopnea state and the case of 10% or less is determined as an apnea state. However, even in this apparatus, there is a problem that the measurement accuracy greatly varies depending on the determination of a stable respiration waveform for normalization. For example, if the amplitude of the respiratory signal when the user is lying on the side is used as the standard for normalization, signals that deviate significantly from the standard are obtained due to changes in the user's body inclination, etc. May be.

上述したように、無呼吸状態及び/又は低呼吸状態を判定するためには、呼吸信号を適切に正規化する必要があるが、正規化を行うための基準となる信号振幅を適切に設定しない限り、必要な精度は得られない。 As described above, in order to determine an apnea state and / or a hypopnea state, it is necessary to properly normalize the respiratory signal, but the reference signal amplitude for performing the normalization is not appropriately set. As long as the required accuracy is not obtained.

例えば、上向き横臥状態で睡眠している場合における呼吸信号を求めた場合、睡眠前期では、図1に示すように比較的大きい振幅が得られるものの、睡眠中期では、図2に示すように振幅が小さくなり、睡眠後期では、図3に示すように振幅が極小となる、といった状況が頻出する。また、横向き横臥状態で睡眠している場合における呼吸信号を求めた場合には、例えば図4に示すように、上向き横臥状態で睡眠している場合よりも一般的には小さい振幅の呼吸信号が得られ、さらに感度(利得)が低下した場合には、図5に示すように、図4に示した振幅よりもさらに小さい振幅で推移する呼吸信号が得られる。 For example, when a respiratory signal is obtained when sleeping in an upside down state, a relatively large amplitude is obtained as shown in FIG. 1 in the first half of sleep, but in the middle sleep, the amplitude is as shown in FIG. In the late stage of sleep, the situation that the amplitude becomes minimum as shown in FIG. 3 frequently occurs. In addition, when a respiratory signal is obtained when sleeping in a sideways recumbent state, for example, as illustrated in FIG. 4, a respiratory signal having a smaller amplitude is generally obtained than when sleeping in a sideways recumbent state. When the sensitivity (gain) is further reduced, as shown in FIG. 5, a respiratory signal that changes with an amplitude smaller than the amplitude shown in FIG. 4 is obtained.

このような状態で、正規化を行うための基準となる信号振幅、すなわち、呼吸による空気の最大取り入れ量に相当する信号振幅を一意に設定した場合には、呼吸状態を適切に判定することは極めて困難となる。上述した特許文献に記載された技術や実製品における手法は、正規化を行うための基準となる信号振幅の設定が不明確であるか、若しくは、一意に設定するものであるため、実際には正常呼吸である振幅が低呼吸値であると判定されることが多く、呼吸信号に基づいて呼吸状態を適切に判定することはできないものであった。そのため、従来は、呼吸信号のみならず、血中酸素飽和度計を併用して呼吸状態を判定していた。 In such a state, when the signal amplitude serving as a reference for normalization, that is, the signal amplitude corresponding to the maximum intake amount of air by respiration is set uniquely, it is possible to appropriately determine the respiration state. It becomes extremely difficult. Since the technique described in the above-mentioned patent document and the method in the actual product are unclear or set uniquely as a reference for performing normalization, in practice, In many cases, it is determined that the amplitude of normal respiration is a low respiration value, and the respiration state cannot be appropriately determined based on the respiration signal. Therefore, conventionally, not only the respiratory signal but also the blood oxygen saturation meter is used together to determine the respiratory state.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、適切な正規化手法を採用することにより、血中酸素飽和度計等を併用することなく、睡眠時に無侵襲且つ無拘束で検出した生体信号に基づいて利用者の呼吸状態が無呼吸及び/又は低呼吸であるか否かを高精度に診断することができる無呼吸及び/又は低呼吸診断装置並びに無呼吸及び/又は低呼吸診断方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
The present invention has been made in view of such circumstances, and can be detected non-invasively and unconstrained during sleep without using a blood oxygen saturation meter or the like by employing an appropriate normalization technique. Apnea and / or hypopnea diagnosis device and apnea and / or hypopnea capable of accurately diagnosing whether the breathing state of the user is apnea and / or hypopnea based on the vital signs An object is to provide a diagnostic method.
Means for solving the problem

すなわち、上述した目的を達成する本発明にかかる無呼吸及び/又は低呼吸診断装置は、睡眠時に無侵襲且つ無拘束で検出した生体信号に基づいて利用者の呼吸状態が無呼吸及び/又は低呼吸であるか否かを診断する無呼吸及び/又は低呼吸診断装置において、前記利用者の呼吸信号を無侵襲且つ無拘束で検出する呼吸信号検出手段と、前記呼吸信号検出手段によって検出された呼吸信号のうち、所定時間の呼吸信号における最大値と最小値との差分値に基づいて前記呼吸信号の利得を変化させることにより、前記呼吸信号の正規化を行う正規化手段と、前記正規化手段によって正規化された正規化呼吸信号に基づいて、前記利用者が無呼吸状態及び/又は低呼吸状態であるか否かを判定する呼吸状態判定手段とを備えることを特徴としている。 That is, the apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus according to the present invention that achieves the above-described object is such that the respiratory state of the user is apnea and / or low based on a biological signal detected non-invasively and unconstrained during sleep. In an apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus for diagnosing whether or not it is a breath, the breathing signal detection means for detecting the breathing signal of the user non-invasively and unconstrained, and the breathing signal detection means Normalizing means for normalizing the respiratory signal by changing a gain of the respiratory signal based on a difference value between a maximum value and a minimum value in the respiratory signal of a predetermined time among the respiratory signals, and the normalization Breathing state determination means for determining whether or not the user is in an apnea state and / or a hypopnea state based on a normalized respiratory signal normalized by the means. .

また、上述した目的を達成する本発明にかかる無呼吸及び/又は低呼吸診断方法は、睡眠時に無侵襲且つ無拘束で検出した生体信号に基づいて利用者の呼吸状態が無呼吸及び/又は低呼吸であるか否かを診断する無呼吸及び/又は低呼吸診断方法において、所定の呼吸信号検出手段によって前記利用者の呼吸信号を無侵襲且つ無拘束で検出する呼吸信号検出工程と、信号処理を行うプロセッサが、前記呼吸信号検出工程にて検出された呼吸信号のうち、所定時間の呼吸信号における最大値と最小値との差分値に基づいて前記呼吸信号の利得を変化させることにより、前記呼吸信号の正規化を行う正規化工程と、前記プロセッサが、前記正規化工程にて正規化された正規化呼吸信号に基づいて、前記利用者が無呼吸状態及び/又は低呼吸状態であるか否かを判定する呼吸状態判定工程とを備えることを特徴としている。 In addition, the apnea and / or hypopnea diagnosis method according to the present invention that achieves the above-described object is based on a biological signal detected non-invasively and unconstrained during sleep, and the respiratory state of the user is apnea and / or low. In an apnea and / or hypopnea diagnosis method for diagnosing whether or not breathing, a breathing signal detection step for detecting the breathing signal of the user non-invasively and unconstrained by predetermined breathing signal detection means, and signal processing A processor for performing the change of the gain of the respiratory signal based on a difference value between a maximum value and a minimum value in the respiratory signal of a predetermined time among the respiratory signals detected in the respiratory signal detection step, A normalization step of normalizing a respiratory signal; and the processor is in an apnea and / or hypopnea state based on the normalized respiratory signal normalized in the normalization step. Luke is characterized in that it comprises a whether determining respiratory condition determination step.

このような本発明にかかる無呼吸及び/又は低呼吸診断装置並びに無呼吸及び/又は低呼吸診断方法は、無侵襲且つ無拘束で検出した呼吸信号のみに基づいて、条件に合致したときに随時、呼吸信号の正規化を行うための基準、すなわち、呼吸による空気の最大取り入れ量に相当する信号振幅を設定して正規化を行う。 Such an apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus and an apnea and / or hypopnea diagnosis method according to the present invention are based on only a respiratory signal detected non-invasively and unconstrained and when the condition is met, as needed. The normalization is performed by setting a reference for normalizing the respiration signal, that is, a signal amplitude corresponding to the maximum intake amount of air by respiration.

本発明においては、呼吸信号の正規化を行うための基準を呼吸信号のみに基づいて随時設定して正規化を行うことから、従来のように血中酸素飽和度計等を併用することなく、利用者の呼吸状態が無呼吸及び/又は低呼吸であるか否かを高精度に診断することができる。 In the present invention, since normalization is performed by setting a standard for performing normalization of the respiration signal as needed based on only the respiration signal, without using a blood oxygen saturation meter or the like as in the past, Whether or not the user's breathing state is apnea and / or hypopnea can be diagnosed with high accuracy.

上向き横臥状態で睡眠している場合において、睡眠前期の呼吸信号の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the respiration signal of the sleep first period in the case of sleeping in the upward lying state. 上向き横臥状態で睡眠している場合において、睡眠中期の呼吸信号の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the respiration signal of the middle sleep in the case of sleeping in the upward lying state. 上向き横臥状態で睡眠している場合において、睡眠後期の呼吸信号の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the respiratory signal of a late sleep in the case of sleeping in an upward lying state. 横向き横臥状態で睡眠している場合における呼吸信号の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the respiration signal in the case of sleeping in a sideways lying state. 横向き横臥状態で睡眠している場合において、感度低下時の呼吸信号の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the respiration signal at the time of a sensitivity fall in the case of sleeping in a sideways lying state. 本発明の実施の形態として示す無呼吸及び/又は低呼吸診断装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus shown as embodiment of this invention. 本発明の実施の形態として示す無呼吸及び/又は低呼吸診断装置の構成を示す図であり、図6において矢視方向からみたときの一部断面図である。It is a figure which shows the structure of the apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus shown as embodiment of this invention, and is a partial cross section figure when it sees from the arrow direction in FIG. 呼吸信号と心拍信号の例を示す図であり、体動検出部の動作を説明するための図である。It is a figure which shows the example of a respiration signal and a heartbeat signal, and is a figure for demonstrating operation | movement of a body motion detection part. 呼吸信号及び正規化呼吸信号と、これに対応する利得制御のタイミングを示す図であり、信号測定を開始したときの正規化例を説明するための図である。It is a figure which shows the timing of the respiration signal and the normalization respiration signal, and the gain control corresponding to this, and is a figure for demonstrating the example of normalization when a signal measurement is started. 呼吸信号及び正規化呼吸信号と、これに対応する利得制御のタイミングを示す図であり、体動を検出したときの正規化例を説明するための図である。It is a figure which shows the timing of the respiration signal and the normalization respiration signal, and the gain control corresponding to this, and is a figure for demonstrating the example of normalization when a body motion is detected. 呼吸信号及び正規化呼吸信号並びに正規化差分値と、これに対応する呼吸状態の判定結果を示す図であり、無呼吸状態の判定例を説明するための図である。It is a figure which shows the determination example of an apnea state, and is a figure which shows the determination result of the respiration state corresponding to this with a respiration signal, a normalization respiration signal, and a normalization difference value. 呼吸信号及び正規化呼吸信号並びに正規化差分値と、これに対応する呼吸状態の判定結果を示す図であり、低呼吸状態の判定例を説明するための図である。It is a figure which shows the determination result of the respiration state corresponding to this with the respiration signal, the normalization respiration signal, and the normalization difference value, and is a figure for demonstrating the determination example of a low respiration state. 他の生体信号検出部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of another biological signal detection part.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

この実施の形態は、睡眠時に利用者の呼吸状態が無呼吸及び/又は低呼吸であるか否かを診断する無呼吸及び/又は低呼吸診断装置である。特に、この無呼吸及び/又は低呼吸診断装置は、適切な正規化を行うことによって高精度な診断を実現するものである。 This embodiment is an apnea and / or hypopnea diagnostic apparatus that diagnoses whether or not a user's breathing state is apnea and / or hypopnea during sleep. In particular, the apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus realizes a highly accurate diagnosis by performing appropriate normalization.

図6に、本発明の実施の形態として示す無呼吸及び/又は低呼吸診断装置の処理をブロックとして表した構成を示し、図7に、図6において矢視方向からみたときの一部断面図を示している。すなわち、無呼吸及び/又は低呼吸診断装置は、寝台21上に横臥している利用者の生体信号を検出する生体信号検出部1と、この生体信号検出部1によって検出された生体信号を増幅する信号増幅部2と、この信号増幅部2によって増幅された生体信号に対してフィルタリング処理を施すフィルタ部3と、このフィルタ部3を通過した呼吸信号を検出する呼吸信号検出部4と、フィルタ部3を通過した心拍信号を検出する心拍信号検出部5と、この心拍信号検出部5によって検出された心拍信号に基づいて利用者の体動を検出する体動検出部6と、心拍信号検出部5によって検出された心拍信号に基づいて睡眠段階を判定する睡眠段階判定部7と、体動検出部6によって検出された体動信号に基づいて呼吸信号検出部4によって検出された呼吸信号を正規化する正規化部8と、この正規化部8によって得られた正規化呼吸信号に基づいて利用者の呼吸状態を判定する呼吸状態判定部9とを備える。なお、これら各部のうち、少なくとも、呼吸信号検出部4、心拍信号検出部5、体動検出部6、睡眠段階判定部7、正規化部8、及び、呼吸状態判定部9は、例えば、信号処理を行うコンピュータにおけるCPU(Central Processing Unit)やメモリ等のハードウェアを用いて実行可能なプログラムとして実装したり、コンピュータに装着可能な拡張ボードに搭載されたDSP(Digital Processing Unit)等の専用プロセッサを用いて実装したりすることができる。   FIG. 6 shows a configuration in which processing of the apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus shown as an embodiment of the present invention is represented as a block, and FIG. 7 is a partial cross-sectional view when viewed from the direction of the arrow in FIG. Is shown. That is, the apnea and / or hypopnea diagnostic apparatus detects a biological signal of a user lying on the bed 21 and amplifies the biological signal detected by the biological signal detection unit 1. A signal amplifying unit 2, a filter unit 3 that performs a filtering process on the biological signal amplified by the signal amplifying unit 2, a respiratory signal detecting unit 4 that detects a respiratory signal that has passed through the filter unit 3, and a filter A heartbeat signal detection unit 5 that detects a heartbeat signal that has passed through the unit 3, a body movement detection unit 6 that detects a user's body movement based on the heartbeat signal detected by the heartbeat signal detection unit 5, and a heartbeat signal detection The sleep stage determination unit 7 for determining the sleep stage based on the heartbeat signal detected by the unit 5 and the respiratory signal detection unit 4 based on the body motion signal detected by the body motion detection unit 6 Comprising a normalizing unit 8 normalizes No. 吸信, and determining the breathing state determination unit 9 respiratory state of the user based on the normalized respiration signal obtained by the normalizing unit 8. Among these units, at least the respiratory signal detection unit 4, the heartbeat signal detection unit 5, the body motion detection unit 6, the sleep stage determination unit 7, the normalization unit 8, and the respiratory state determination unit 9 are, for example, signals A dedicated processor such as a DSP (Digital Processing Unit) that is implemented as a program that can be executed using hardware such as a CPU (Central Processing Unit) or memory in a computer that performs processing, or that is mounted on an expansion board that can be attached to the computer Or can be implemented using

生体信号検出部1は、利用者の微細な生体信号を検出する無侵襲且つ無拘束センサである。具体的には、生体信号検出部1は、圧力検出チューブ1aと、この圧力検出チューブ1aの内部に収容されている空気の微小な圧力変動を検出するセンサである微差圧センサ1bとから構成され、無侵襲且つ無拘束な生体信号の検出手段を構成している。 The biological signal detection unit 1 is a non-invasive and unconstrained sensor that detects a minute biological signal of a user. Specifically, the biological signal detection unit 1 includes a pressure detection tube 1a and a minute differential pressure sensor 1b that is a sensor that detects minute pressure fluctuations in the air accommodated in the pressure detection tube 1a. Thus, a non-invasive and non-constrained biological signal detection means is configured.

圧力検出チューブ1aとしては、生体信号の圧力変動範囲に対応して内部の圧力が変動するように適度な弾力を有するものを使用する。また、圧力検出チューブ1aとしては、圧力変化を適切な応答速度で微差圧センサ1bに伝達するために、チューブの中空部の容積を適切に選択する必要がある。圧力検出チューブ1aが適度な弾性と中空部容積とを同時に満足できない場合には、圧力検出チューブ1aの中空部に適切な太さの芯線をチューブ長さ全体にわたって装填し、中空部の容積を適切にとることができる。 As the pressure detection tube 1a, a tube having an appropriate elasticity so that the internal pressure fluctuates corresponding to the pressure fluctuation range of the biological signal is used. Further, as the pressure detection tube 1a, it is necessary to appropriately select the volume of the hollow portion of the tube in order to transmit the pressure change to the fine differential pressure sensor 1b at an appropriate response speed. When the pressure detection tube 1a cannot satisfy the appropriate elasticity and the volume of the hollow portion at the same time, the hollow portion of the pressure detection tube 1a is loaded with a core wire of an appropriate thickness over the entire length of the tube, and the volume of the hollow portion is set appropriately Can be taken.

このような圧力検出チューブ1aは、寝台21上に敷設された硬質シート22上に配置される。無呼吸及び/又は低呼吸診断装置においては、硬質シート22上に弾性を有するクッションシート23が敷設されており、圧力検出チューブ1aの上に利用者が横臥することになる。なお、圧力検出チューブ1aは、クッションシート23等に組み込んだ構成とすることにより、圧力検出チューブ1aの位置を安定させる構造としてもよい。   Such a pressure detection tube 1 a is disposed on a hard sheet 22 laid on the bed 21. In the apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus, a cushion sheet 23 having elasticity is laid on the hard sheet 22, and the user lies on the pressure detection tube 1a. Note that the pressure detection tube 1a may be configured to be incorporated in the cushion sheet 23 or the like to stabilize the position of the pressure detection tube 1a.

微差圧センサ1bは、微小な圧力の変動を検出するセンサである。本実施の形態においては、微差圧センサ1bとして、低周波用のコンデンサマイクロフォンタイプのものを使用するが、これに限定されるものではなく、適切な分解能とダイナミックレンジとを有するものであればよい。本実施の形態において使用した低周波用のコンデンサマイクロフォンは、一般の音響用マイクロフォンが低周波領域に対して配慮されていないのに引き替え、受圧面の後方にチャンバーを設けることによって低周波領域の特性を大幅に向上させたものであり、圧力検出チューブ1a内の微小圧力変動を検出するのに好適なものである。また、このコンデンサマイクロフォンは、微小な差圧を計測するのに優れており、0.2Paの分解能と約50Paのダイナミックレンジとを有し、通常使用されるセラミックを利用した微差圧センサと比較して数倍の性能を持つものであり、生体信号が体表面に通して圧力検出チューブ1aに加えた微小な圧力を検出するのに好適なものである。また、周波数特性は、0.1Hz〜30Hzの間で略平坦な出力値を示し、心拍及び呼吸等の微小な生体信号を検出するのに適している。 The minute differential pressure sensor 1b is a sensor that detects minute fluctuations in pressure. In the present embodiment, a low-frequency condenser microphone type sensor is used as the fine differential pressure sensor 1b. However, the present invention is not limited to this, and any sensor having an appropriate resolution and dynamic range may be used. Good. The low-frequency condenser microphone used in the present embodiment is replaced with a general acoustic microphone that does not consider the low-frequency region, and a low-frequency region characteristic is provided by providing a chamber behind the pressure-receiving surface. Is significantly improved, and is suitable for detecting minute pressure fluctuations in the pressure detection tube 1a. In addition, this condenser microphone is excellent for measuring minute differential pressure, has a resolution of 0.2 Pa and a dynamic range of about 50 Pa, and is compared with a fine differential pressure sensor using a ceramic that is usually used. Therefore, it is suitable for detecting a minute pressure applied to the pressure detection tube 1a through a biological signal passing through the body surface. The frequency characteristic shows a substantially flat output value between 0.1 Hz and 30 Hz, and is suitable for detecting minute biological signals such as heartbeat and respiration.

本実施の形態においては、一方が利用者の胸部の部位の生体信号を検出し、他方が利用者の臀部の部位を検出するように、2組の圧力検出チューブ1aが設けられており、利用者の就寝の姿勢にかかわらず生体信号を検出するように構成されている。なお、無呼吸及び/又は低呼吸診断装置においては、胸部の部位又は臀部の部位の一方のみに圧力検出チューブ1aを配置する構成としてもよい。このような生体信号検出部1によって検出された生体信号は、信号増幅部2に供給される。無呼吸及び/又は低呼吸診断装置は、このような無侵襲且つ無拘束で生体信号を検出する構成とすることにより、日常生活において容易に使用することができ、特に高齢者の使用に極めて好適である。 In the present embodiment, two sets of pressure detection tubes 1a are provided so that one detects a biological signal of the user's chest region and the other detects the user's buttocks region. A biological signal is detected regardless of the person's sleeping posture. In the apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus, the pressure detection tube 1a may be arranged only in one of the chest region and the buttocks region. The biological signal detected by such a biological signal detection unit 1 is supplied to the signal amplification unit 2. The apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus can be easily used in daily life by adopting such a non-invasive and non-constrained configuration for detecting a biological signal, and is particularly suitable for use by the elderly. It is.

信号増幅部2は、後の処理工程で処理できるように生体信号検出部1によって検出された信号を増幅し、さらに、明らかに異常なレベルの信号を除去する等して適切な信号整形処理を行う。この信号増幅部2によって増幅された生体信号は、フィルタ部3に供給される。 The signal amplification unit 2 amplifies the signal detected by the biological signal detection unit 1 so that it can be processed in a later processing step, and further performs an appropriate signal shaping process by removing a signal of an apparently abnormal level Do. The biological signal amplified by the signal amplifying unit 2 is supplied to the filter unit 3.

フィルタ部3は、信号増幅部2によって増幅された生体信号から不要な信号をバンドパスフィルタ等によって除去することにより、呼吸信号及び心拍信号を抽出する。すなわち、生体信号検出部1によって検出された生体信号は、人体から発する様々な振動が混ざり合った信号であり、その中に呼吸信号や心拍信号の他、寝返り等による体動信号等の様々な信号が含まれている。このうち、呼吸信号は、肺の動きに基づく体動の変化が振動となって生体信号に含まれるものである。また、心拍信号は、心臓のポンプ機能に基づく圧力の変化(すなわち血圧)が振動となって生体信号に含まれるものである。無呼吸及び/又は低呼吸診断装置においては、これをフィルタ部3によって抽出することにより、呼吸信号及び心拍信号として認識する。このフィルタ部3を通過した呼吸信号及び心拍信号は、それぞれ、呼吸信号検出部4及び心拍信号検出部5に供給される。なお、呼吸信号及び心拍信号のサンプル周期は、4ミリ秒としている。 The filter unit 3 extracts a respiratory signal and a heartbeat signal by removing unnecessary signals from the biological signal amplified by the signal amplification unit 2 using a bandpass filter or the like. In other words, the biological signal detected by the biological signal detection unit 1 is a signal in which various vibrations emitted from the human body are mixed, and in addition to the respiratory signal and the heartbeat signal, various body movement signals such as a rollover signal are included. The signal is included. Among these, the respiratory signal is a signal in which a change in body movement based on the movement of the lungs is included in the biological signal as vibration. The heartbeat signal is a signal in which a change in pressure based on the pump function of the heart (that is, blood pressure) becomes a vibration and is included in the biological signal. In the apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus, it is recognized by the filter unit 3 as a respiratory signal and a heartbeat signal. The respiratory signal and the heartbeat signal that have passed through the filter unit 3 are supplied to the respiratory signal detection unit 4 and the heartbeat signal detection unit 5, respectively. Note that the sampling period of the respiratory signal and the heartbeat signal is 4 milliseconds.

呼吸信号検出部4は、フィルタ部3によって抽出された呼吸信号を検出する。この呼吸信号検出部4によって検出された時系列波形からなる呼吸信号は、測定された生の信号波形によって表され、そのときの装置の感度設定などにかかわらず、振幅にも制限がない状態である。呼吸信号検出部4は、検出した呼吸信号を正規化部8に供給する。   The respiratory signal detection unit 4 detects the respiratory signal extracted by the filter unit 3. The respiratory signal composed of the time series waveform detected by the respiratory signal detection unit 4 is represented by the measured raw signal waveform, and the amplitude is not limited regardless of the sensitivity setting of the device at that time. is there. The respiration signal detection unit 4 supplies the detected respiration signal to the normalization unit 8.

心拍信号検出部5は、フィルタ部3によって抽出された心拍信号を検出する。この心拍信号検出部5によって検出された時系列波形からなる心拍信号は、測定された生の信号波形によって表され、そのときの装置の感度設定などにかかわらず、振幅にも制限がない状態である。心拍信号検出部5は、検出した心拍信号を体動検出部6及び睡眠段階判定部7に供給する。   The heartbeat signal detection unit 5 detects the heartbeat signal extracted by the filter unit 3. The heartbeat signal composed of the time series waveform detected by the heartbeat signal detector 5 is represented by the measured raw signal waveform, and the amplitude is not limited regardless of the sensitivity setting of the device at that time. is there. The heartbeat signal detection unit 5 supplies the detected heartbeat signal to the body motion detection unit 6 and the sleep stage determination unit 7.

体動検出部6は、心拍信号検出部5によって検出された心拍信号に基づいて、利用者の身体が移動して測定位置が変化した場合や体位が変化した場合等、利用者の体動を検出する。例えば、体動検出部6は、図8に示すように、心拍信号の振幅の測定レンジが0から1000までであったとすると、心拍信号の振幅HL1が所定値(例えば750)以上となる状態が所定時間(例えば3秒)継続する場合には、体動があったものと判定する。なお、体動検出部6による体動の検出方法は、特に限定されるものではない。体動検出部6は、検出した体動情報を正規化部8に供給する。   Based on the heartbeat signal detected by the heartbeat signal detection unit 5, the body movement detection unit 6 detects the user's body movement such as when the user's body moves and the measurement position changes or the body position changes. To detect. For example, as shown in FIG. 8, when the measurement range of the heartbeat signal amplitude is from 0 to 1000, the body motion detection unit 6 has a state in which the heartbeat signal amplitude HL1 is a predetermined value (for example, 750) or more. When it continues for a predetermined time (for example, 3 seconds), it is determined that body movement has occurred. Note that the body motion detection method by the body motion detection unit 6 is not particularly limited. The body motion detection unit 6 supplies the detected body motion information to the normalization unit 8.

睡眠段階判定部7は、心拍信号検出部5によって検出された心拍信号に基づいて、睡眠中の利用者の睡眠段階、すなわち、覚醒段階、レム睡眠段階、第1のノンレム睡眠段階及び第2のノンレム睡眠段階(浅いノンレム睡眠段階)、並びに、第3のノンレム睡眠段階及び第4のノンレム睡眠段階(深いノンレム睡眠段階)の6段階の種別を判定する。例えば、睡眠段階判定部7は、心拍信号検出部5によって検出された心拍信号に対して所定の信号レベルの範囲内に入るように自動利得制御を行い、その利得制御を行った際の利得の値(係数)に基づいて心拍信号の強度を算出し、算出した信号強度のデータについて、所定時間のデータのばらつきを示す分散値を算出し、この分散値の時系列データに基づいて、睡眠段階を判定することができる。また、睡眠段階判定部7は、心拍信号検出部5によって検出された心拍信号に基づいて求めた脳波成分比率の時系列データに基づいて、睡眠段階を判定することもできる。その他、本件出願人による特開2012−65853号公報に記載された手法等を適用してもよい。すなわち、睡眠段階判定部7による睡眠段階の判定方法は、特に限定されるものではない。睡眠段階判定部7は、判定した睡眠段階情報を呼吸状態判定部9に供給する。   The sleep stage determination unit 7 is based on the heartbeat signal detected by the heartbeat signal detection unit 5. The sleep stage of the user during sleep, that is, the awakening stage, the REM sleep stage, the first non-REM sleep stage, and the second The six types of the non-REM sleep stage (shallow non-REM sleep stage) and the third non-REM sleep stage and the fourth non-REM sleep stage (deep non-REM sleep stage) are determined. For example, the sleep stage determination unit 7 performs automatic gain control so that the heart rate signal detected by the heart rate signal detection unit 5 falls within a predetermined signal level range, and the gain of the gain control when the gain control is performed. The intensity of the heartbeat signal is calculated based on the value (coefficient), a dispersion value indicating the dispersion of the data for a predetermined time is calculated for the calculated signal intensity data, and the sleep stage is calculated based on the time series data of the dispersion value. Can be determined. The sleep stage determination unit 7 can also determine the sleep stage based on the time-series data of the electroencephalogram component ratio obtained based on the heartbeat signal detected by the heartbeat signal detection unit 5. In addition, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-65853 by the present applicant may be applied. That is, the method for determining the sleep stage by the sleep stage determination unit 7 is not particularly limited. The sleep stage determination unit 7 supplies the determined sleep stage information to the respiratory state determination unit 9.

正規化部8は、呼吸信号検出部4によって検出された呼吸信号を、その振幅が所定の測定レンジにおさまるように正規化する。具体的には、正規化部8は、呼吸信号検出部4によって検出された呼吸信号のうち、所定時間(例えば5秒)の呼吸信号における最大値と最小値との差分値(呼吸信号の振幅値)が大きくなるように十分に利得(感度)を上げ、これを所定の第1の閾値未満となるように制御を行う。すなわち、正規化部8は、先に図4や図5に示したように横向き横臥状態における呼吸信号の振幅が一般的に小さいことから、この状態での所定時間(例えば5秒)の呼吸信号における最大値と最小値との差分値が飽和する程度に一旦十分に利得(感度)を上げ、この差分値が所定の第1の閾値以上であるサイクルが2回連続して発生した場合には、呼吸信号の利得を所定値だけ低下させ、このような動作を繰り返し行うことにより、差分値が所定の第1の閾値未満となるようにし、差分値が第1の閾値未満となった場合には制御を中止する。そして、正規化部8は、この第1の閾値を100%として、呼吸信号の正規化を行う。特に、正規化部8は、信号測定を開始したときに正規化を行うとともに、それ以降は体動検出部6によって体動が検出されるたびに正規化を行う。なお、正規化部8は、利得制御の過程において、差分値が第1の閾値よりも小さい所定の第2の閾値未満であるサイクルが2回連続して発生した場合には、呼吸信号の利得を所定値だけ上昇させることにより、呼吸信号の正規化を行う。すなわち、正規化部8は、呼吸信号の正規化を行うための基準、すなわち、呼吸による空気の最大取り入れ量に相当する信号振幅を条件に合致したときに随時設定して正規化を行う。正規化部8は、正規化した正規化呼吸信号を呼吸状態判定部9に供給する。   The normalization unit 8 normalizes the respiration signal detected by the respiration signal detection unit 4 so that the amplitude falls within a predetermined measurement range. Specifically, the normalization unit 8 includes a difference value (amplitude of the respiration signal) between the maximum value and the minimum value in the respiration signal of a predetermined time (for example, 5 seconds) among the respiration signals detected by the respiration signal detection unit 4. The gain (sensitivity) is sufficiently increased so as to increase the value), and control is performed so that the gain (sensitivity) is less than the predetermined first threshold value. That is, since the normalization unit 8 generally has a small amplitude of the respiratory signal in the sideways lying state as shown in FIGS. 4 and 5, the respiratory signal for a predetermined time (for example, 5 seconds) in this state. When the gain (sensitivity) is increased sufficiently enough to saturate the difference value between the maximum value and the minimum value in the case, and a cycle in which the difference value is equal to or greater than a predetermined first threshold value occurs twice in succession. When the gain of the breathing signal is decreased by a predetermined value and the above operation is repeated, the difference value becomes less than the predetermined first threshold value, and the difference value becomes less than the first threshold value. Stops control. Then, the normalizing unit 8 normalizes the respiratory signal by setting the first threshold as 100%. In particular, the normalization unit 8 performs normalization when signal measurement is started, and thereafter performs normalization every time body motion is detected by the body motion detection unit 6. The normalization unit 8 determines the gain of the respiratory signal when a cycle in which the difference value is less than the predetermined second threshold value smaller than the first threshold value occurs twice in the gain control process. Is increased by a predetermined value to normalize the respiratory signal. That is, the normalizing unit 8 performs normalization by setting a reference for performing normalization of the respiration signal, that is, a signal amplitude corresponding to the maximum amount of air taken in by respiration, as needed, when necessary. The normalizing unit 8 supplies the normalized normalized respiratory signal to the respiratory state determining unit 9.

呼吸状態判定部9は、正規化部9によって正規化された正規化呼吸信号に基づいて、利用者の呼吸状態が無呼吸状態及び/又は低呼吸状態であるか否かを判定する。呼吸状態判定部9は、判定した呼吸状態情報を出力し、図示しない表示装置に表示させたり、印刷装置によって印刷させたり、記憶装置にデータとして記憶させたりする。このとき、呼吸状態判定部9は、睡眠段階判定部7によって判定された睡眠段階と対応付けて、判定した呼吸状態を記録するのが望ましい。   The respiratory state determination unit 9 determines whether or not the user's respiratory state is an apnea state and / or a hypopnea state based on the normalized respiratory signal normalized by the normalization unit 9. The breathing state determination unit 9 outputs the determined breathing state information and displays it on a display device (not shown), prints it with a printing device, or stores it as data in a storage device. At this time, it is desirable that the respiratory state determination unit 9 records the determined respiratory state in association with the sleep stage determined by the sleep stage determination unit 7.

このような無呼吸及び/又は低呼吸診断装置は、生体信号検出部1によって生体信号を取り込んで検出した生体信号を信号増幅部2によって増幅し、フィルタ部3によって不要な信号をバンドパスフィルタ等によって除去する。これにより、後段の呼吸信号検出部4及び心拍信号検出部5によって検出可能な呼吸信号と心拍信号とが抽出される。なお、体動信号は心拍信号と比較して大きい信号であることから、心拍信号は体動信号に内包された信号となる。そして、無呼吸及び/又は低呼吸診断装置においては、呼吸信号検出部4によって呼吸信号を検出するとともに、心拍信号検出部5によって心拍信号を検出する。呼吸信号は、正規化部8による正規化が行われ、呼吸状態判定部9による呼吸状態の判定に用いられる。一方、心拍信号は、体動検出部6による体動の検出に用いられるとともに、睡眠段階判定部7による睡眠段階の判定に用いられる。   Such an apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus uses a biological signal detected by the biological signal detector 1 to amplify a biological signal detected by the signal amplifier 2 and a filter unit 3 to remove unnecessary signals from a bandpass filter or the like. To remove. Thereby, the respiration signal and the heartbeat signal that can be detected by the respiration signal detection unit 4 and the heartbeat signal detection unit 5 in the subsequent stage are extracted. Since the body motion signal is larger than the heartbeat signal, the heartbeat signal is a signal included in the body motion signal. In the apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus, the respiratory signal is detected by the respiratory signal detector 4 and the heartbeat signal is detected by the heartbeat signal detector 5. The respiratory signal is normalized by the normalizing unit 8 and used for the determination of the respiratory state by the respiratory state determining unit 9. On the other hand, the heartbeat signal is used for detection of body movement by the body movement detection unit 6 and is used for determination of the sleep stage by the sleep stage determination unit 7.

ここで、正規化が必要な状況は、利用者が入床して信号測定を開始したときと、睡眠中に利用者の身体が移動して測定位置が変化したときと、体位が上向きと横向きとの間で変化したときである。このうち、後者2つの場合は、利用者の体動を検出したときと言い換えることができる。そこで、無呼吸及び/又は低呼吸診断装置は、利用者が入床して信号測定を開始したときに正規化を行うとともに、それ以降は体動検出部6によって大きな体動が検出されるたびに正規化を行う。   Here, normalization is required when the user enters the floor and starts signal measurement, when the user's body moves and the measurement position changes during sleep, and when the posture is upward and sideways. When it changes between. Of these, the latter two cases can be paraphrased as when the user's body movement is detected. Therefore, the apnea and / or hypopnea diagnostic apparatus performs normalization when the user enters the floor and starts signal measurement, and thereafter, every time a large body motion is detected by the body motion detector 6. Normalize to.

まず、信号測定を開始したときの正規化は、以下のようにして行う。すなわち、無呼吸及び/又は低呼吸診断装置において、正規化部8は、呼吸信号検出部4によって検出された呼吸信号のうち、所定時間(例えば5秒)の呼吸信号における最大値と最小値との差分値Lmnを算出し、この差分値Lmnに着目して正規化を行う。   First, normalization when signal measurement is started is performed as follows. That is, in the apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus, the normalization unit 8 includes the maximum value and the minimum value in the respiration signal of a predetermined time (for example, 5 seconds) among the respiration signals detected by the respiration signal detection unit 4. Difference value Lmn is calculated, and normalization is performed by paying attention to the difference value Lmn.

具体的には、正規化部8は、呼吸信号の振幅の測定レンジが0から1000までであったとすると、横向き横臥状態における所定時間(例えば5秒)の呼吸信号における最大値と最小値との差分値Lmnが850を超えて飽和する程度に一旦利得(感度)を上げる。例えば、正規化部8は、呼吸信号の利得の最小値を記憶しておき、その約2倍程度に利得を上昇させることにより、差分値Lmnが飽和する程度に利得(感度)を上げることができる。なお、信号測定の開始時(入床時)の場合には、一般的に呼吸信号が必ず飽和することから、差分値Lmnが小さすぎることはほとんどなく、したがって利得(感度)を上げる必要がない場合が多い。そして、正規化部8は、差分値Lmnが所定の第1の閾値L1(例えば850)未満となるように、呼吸信号の利得(感度)を所定値だけ徐々に低下させるような制御を繰り返し行い、差分値Lmnが第1の閾値L1未満となった場合には、利得制御を中止する(利得を変化させない)。すなわち、正規化部8は、差分値Lmnが第1の閾値L1を上回らないように呼吸信号の利得を設定する。そして、正規化部8は、このように利得を設定することにより、呼吸信号の波形を測定レンジの0〜100%におさまる波形に正規化する。   Specifically, when the measurement range of the amplitude of the respiratory signal is from 0 to 1000, the normalizing unit 8 calculates the maximum value and the minimum value of the respiratory signal for a predetermined time (for example, 5 seconds) in the lying-down state. The gain (sensitivity) is once increased so that the difference value Lmn exceeds 850 and is saturated. For example, the normalization unit 8 stores the minimum value of the gain of the respiratory signal, and increases the gain to about twice that to increase the gain (sensitivity) to the extent that the difference value Lmn is saturated. it can. Note that at the start of signal measurement (at the time of entering the floor), since the respiratory signal is generally always saturated, the difference value Lmn is rarely too small, and therefore there is no need to increase the gain (sensitivity). There are many cases. Then, the normalization unit 8 repeatedly performs control to gradually decrease the gain (sensitivity) of the respiratory signal by a predetermined value so that the difference value Lmn is less than a predetermined first threshold L1 (for example, 850). When the difference value Lmn becomes less than the first threshold value L1, the gain control is stopped (the gain is not changed). That is, the normalization unit 8 sets the gain of the respiratory signal so that the difference value Lmn does not exceed the first threshold value L1. And the normalization part 8 normalizes the waveform of a respiration signal to the waveform which fits 0 to 100% of a measurement range by setting a gain in this way.

図9に、実際の呼吸信号及び正規化呼吸信号の時系列波形と、これに対応する利得制御のタイミングを示す。なお、利得制御については、利得の逆数を示していることから、縦軸の上方が利得を低下させる方向であり、縦軸の下方が利得を上昇させる方向である。同図からわかるように、正規化部8は、呼吸信号の波形振幅に応じて利得制御を行い、測定レンジの0〜100%におさまる正規化呼吸信号を得ることができる。   FIG. 9 shows the time series waveforms of the actual respiratory signal and the normalized respiratory signal, and the corresponding gain control timing. Regarding gain control, since the reciprocal of the gain is shown, the upper part of the vertical axis is the direction to decrease the gain, and the lower part of the vertical axis is the direction to increase the gain. As can be seen from the figure, the normalizing unit 8 can perform gain control according to the waveform amplitude of the respiratory signal, and obtain a normalized respiratory signal that falls within 0 to 100% of the measurement range.

また、利用者の体動を検出したときの正規化は、以下のようにして行う。すなわち、無呼吸及び/又は低呼吸診断装置において、正規化部8は、横向き横臥状態における所定時間(例えば5秒)の呼吸信号における最大値と最小値との差分値Lmnが1000を超えて飽和する程度に一旦利得(感度)を上げ、この差分値Lmnが第1の閾値L1以上(Lmn≧L1)である場合には、呼吸信号の利得を所定値だけ低下させる。正規化部8は、このような制御を所定時間たびに、繰り返し行い、差分値Lmnが第1の閾値L1未満となった場合には、利得制御を中止する(利得を変化させない)。   Also, normalization when detecting the user's body movement is performed as follows. That is, in the apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus, the normalization unit 8 saturates when the difference value Lmn between the maximum value and the minimum value in the respiration signal for a predetermined time (for example, 5 seconds) in the sideways lying state exceeds 1000. The gain (sensitivity) is once increased to such an extent that the difference value Lmn is equal to or greater than the first threshold value L1 (Lmn ≧ L1), the gain of the respiratory signal is decreased by a predetermined value. The normalizing unit 8 repeatedly performs such control every predetermined time, and stops the gain control (does not change the gain) when the difference value Lmn becomes less than the first threshold value L1.

図10に、体動検出時を含む実際の呼吸信号及び正規化呼吸信号の時系列波形と、これに対応する利得制御のタイミングを示す。なお、同図には、体動を検出するために必要となる心拍信号の時系列波形と、これに基づく体動信号の時系列波形も示している。同図からわかるように、正規化部8は、心拍信号に基づいて体動を検出し、そのときの呼吸信号の利得の最小値を記憶しておき、その約2倍程度に利得を上昇させることにより、差分値Lmnが飽和する程度に利得(感度)を上げて信号の振幅を増大させ、その後に徐々に呼吸信号の利得(感度)を第1の閾値まで低下させると、正規化制御を中止する。これにより、正規化部8は、測定レンジの0〜100%におさまる正規化呼吸信号を得ることができる。なお、生体信号検出部1の圧力検出チューブ1aが利用者の胸部の横隔膜の変位を検出するように設けられている場合には、身体が移動して測定位置が変化した場合や体位が上向きから横向きに変化した場合には、差分値Lmnが小さくなる。特に、体位が上向きから横向きに変化した場合には、大きな体動が発生した後に体位が横向きとなるため、正規化部8は、この大きな体動が検出された後に利得を上昇させて大きな感度に設定することにより、横向きの場合でも正規化を行うことができる。   FIG. 10 shows time series waveforms of actual respiratory signals and normalized respiratory signals including when body motion is detected, and the timing of gain control corresponding thereto. The figure also shows a time-series waveform of a heartbeat signal necessary for detecting body movement and a time-series waveform of a body movement signal based thereon. As can be seen from the figure, the normalization unit 8 detects body movement based on the heartbeat signal, stores the minimum value of the gain of the respiratory signal at that time, and increases the gain to about twice that value. Thus, when the gain (sensitivity) is increased to the extent that the difference value Lmn is saturated to increase the amplitude of the signal, and then the gain (sensitivity) of the respiratory signal is gradually decreased to the first threshold value, the normalization control is performed. Discontinue. Thereby, the normalization part 8 can obtain the normalization respiration signal which fits into 0 to 100% of a measurement range. In addition, when the pressure detection tube 1a of the biological signal detection unit 1 is provided so as to detect the displacement of the diaphragm of the user's chest, when the body moves and the measurement position changes or when the body position is upward. When it changes horizontally, the difference value Lmn becomes smaller. In particular, when the body position changes from upward to lateral, the body position becomes lateral after a large body movement has occurred. Therefore, the normalization unit 8 increases the gain after detecting this large body movement and increases the sensitivity. By setting to, normalization can be performed even in landscape orientation.

無呼吸及び/又は低呼吸診断装置は、このようにして正規化を随時行うことができる。なお、無呼吸及び/又は低呼吸診断装置は、このような正規化処理を行っている最中は、体動の検出処理と呼吸状態の判定処理とを行わないように制御する。   In this way, the apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus can perform normalization in any way. Note that the apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus performs control so that the body movement detection process and the breathing state determination process are not performed during the normalization process.

無呼吸及び/又は低呼吸診断装置は、このようにして得られた正規化呼吸信号に基づいて、呼吸状態判定部9によって利用者が無呼吸状態及び/又は低呼吸状態であるか否かを判定する。このとき、呼吸状態判定部9は、正規化部8によって正規化された正規化呼吸信号のうち、所定時間(例えば5秒)の正規化呼吸信号における最大値と最小値との差分値(正規化差分値という)LNmnを算出し、この正規化差分値LNmnに着目して呼吸状態の判定を行う。なお、無呼吸状態及び/又は低呼吸状態であるか否かの判定に際して、制御ピッチと判定ピッチは別個に取り扱う。   The apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus determines whether or not the user is in an apnea state and / or a hypopnea state by the respiratory state determination unit 9 based on the normalized respiratory signal thus obtained. judge. At this time, the respiratory state determination unit 9 includes a difference value (normalized value) between the maximum value and the minimum value in the normalized respiratory signal for a predetermined time (for example, 5 seconds) among the normalized respiratory signals normalized by the normalizing unit 8. LNmn (referred to as a normalized difference value) is calculated, and the respiratory state is determined by paying attention to the normalized difference value LNmn. It should be noted that the control pitch and the determination pitch are handled separately when determining whether or not the patient is in an apnea state and / or a hypopnea state.

具体的には、呼吸状態判定部9は、無呼吸状態の定義である「10秒以上の呼吸停止状態」と、低呼吸状態の定義である「呼吸による空気の取り入れ量が最大取り入れ量から50%以上低下した状態が10秒以上継続する状態」に基づいて、10秒間の正規化呼吸信号の状況によって判定する。呼吸状態判定部9は、1秒ピッチで10秒間の正規化差分値LNmnを算出し、この正規化差分値LNmnが0〜100%の測定レンジにおける50%以下であった場合には、低呼吸状態であると判定し、正規化差分値LNmnが10%以下であった場合には、無呼吸状態であると判定する。そして、呼吸状態判定部9は、次回の正規化差分値LNmnの算出処理ピッチとして10秒経過した後に、再度1秒ピッチで同様に正規化差分値LNmnの算出による呼吸状態の判定を行う。   Specifically, the breathing state determination unit 9 defines the apnea state as “the respiratory stop state for 10 seconds or more” and the hypopnea state as “the intake amount of air by breathing is 50% from the maximum intake amount. Based on the state where the state of being reduced by more than% continues for 10 seconds or more ", it is determined by the state of the normalized respiratory signal for 10 seconds. The respiratory state determination unit 9 calculates a normalized difference value LNmn for 10 seconds at a pitch of 1 second, and if this normalized difference value LNmn is 50% or less in the measurement range of 0 to 100%, When the normalization difference value LNmn is 10% or less, it is determined that the patient is in an apnea state. Then, after 10 seconds have elapsed as the calculation processing pitch of the next normalized difference value LNmn, the respiratory state determination unit 9 similarly determines the respiratory state by calculating the normalized difference value LNmn again at a 1-second pitch.

図11に、無呼吸状態の判定例として、実際の呼吸信号及び正規化呼吸信号並びに正規化差分値LNmnの時系列波形と、これに対応する呼吸状態の判定結果を示す。また、図12に、低呼吸状態の判定例として、実際の呼吸信号及び正規化呼吸信号並びに正規化差分値LNmnの時系列波形と、これに対応する呼吸状態の判定結果を示す。このように、呼吸状態判定部9は、正規化差分値LNmnの振幅に応じて、無呼吸状態及び/又は低呼吸状態を判定することができる。   FIG. 11 shows a time series waveform of an actual breathing signal, a normalized breathing signal, and a normalized difference value LNmn, and a corresponding breathing state determination result as an apnea determination example. FIG. 12 shows a time series waveform of an actual respiratory signal, a normalized respiratory signal, and a normalized difference value LNmn, and a corresponding respiratory state determination result as an example of determining a hypopnea state. Thus, the respiratory state determination unit 9 can determine the apnea state and / or the hypopnea state according to the amplitude of the normalized difference value LNmn.

以上説明したように、本発明の実施の形態として示す無呼吸及び/又は低呼吸診断装置においては、呼吸信号の正規化を行うための基準を呼吸信号のみに基づいて随時設定して適切な正規化を行うことから、従来のように血中酸素飽和度計等を併用することなく、利用者の呼吸状態が無呼吸及び/又は低呼吸であるか否かを高精度に診断することができる。   As described above, in the apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus shown as an embodiment of the present invention, a reference for performing normalization of a respiratory signal is set as needed based on only the respiratory signal and appropriate normalization is performed. Therefore, it is possible to diagnose with high accuracy whether the breathing state of the user is apnea and / or hypopnea without using a blood oxygen saturation meter or the like as in the past. .

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。   The present invention is not limited to the embodiment described above.

例えば、上述した実施の形態では、生体信号を検出する方法として、利用者の身体の下に敷設した無拘束の生体信号検出部1によって得られた生体信号から呼吸信号や心拍信号を抽出する方法を示したが、本発明は、継続的に呼吸信号や心拍信号又はこれらと同等の信号が得られる検出手段であれば適用可能である。また、本発明は、呼吸信号と心拍信号とを同じ生体信号から抽出するのではなく、別個に検出するようにしてもよい。例えば、本発明は、呼吸信号については上述したような手法で検出する一方で、体動測定用振動系等については手首や上腕部等の身体に装着するタイプの心拍計や脈拍計であってデータを連続的に記録することが可能なものを用いて検出するようにしてもよい。   For example, in the above-described embodiment, as a method for detecting a biological signal, a method for extracting a respiratory signal or a heartbeat signal from a biological signal obtained by an unconstrained biological signal detection unit 1 laid under the user's body. However, the present invention is applicable to any detection means capable of continuously obtaining a respiratory signal, a heartbeat signal, or a signal equivalent thereto. In the present invention, the respiratory signal and the heartbeat signal may be detected separately instead of being extracted from the same biological signal. For example, the present invention is a heart rate monitor or a pulse meter of the type that is mounted on a body such as a wrist or an upper arm for a vibration system for measuring body motion while detecting a respiratory signal by the above-described method. You may make it detect using what can record data continuously.

また、生体信号検出部1としては、上述した中空チューブを用いる代わりに、図13に示すようなエアマット式の検出手段を用いてもよい。すなわち、図13に示す生体信号検出部30は、内部に空気を封入したエアマット30aの一端にエアチューブ30bが接続され、さらに、このエアチューブ30bに微差圧センサ30cが接続されて構成される。なお、微差圧センサ30cは、中空チューブを用いた生体信号検出部1の場合において説明したものと同様のものを用いることができる。   Further, as the biological signal detection unit 1, an air mat type detection unit as shown in FIG. 13 may be used instead of using the hollow tube described above. That is, the biological signal detection unit 30 shown in FIG. 13 is configured by connecting an air tube 30b to one end of an air mat 30a in which air is sealed, and further connecting a fine differential pressure sensor 30c to the air tube 30b. . In addition, the thing similar to what was demonstrated in the case of the biosignal detection part 1 using a hollow tube can be used for the micro differential pressure sensor 30c.

さらに、上述した実施の形態では、体動検出部6が心拍信号検出部5によって検出された心拍信号に基づいて体動を検出するものとして説明したが、本発明は、適切に体動を検出できるものであれば適用することができ、例えば生体信号検出部1によって検出されたフィルタリング前の生体信号に基づいて体動を検出するようにしてもよい。   Further, in the above-described embodiment, the body motion detection unit 6 has been described as detecting body motion based on the heartbeat signal detected by the heartbeat signal detection unit 5, but the present invention appropriately detects body motion. For example, body motion may be detected based on a biological signal before filtering detected by the biological signal detection unit 1.

このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
Thus, it goes without saying that the present invention can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

1 30 生体信号検出部
1a 圧力検出チューブ
1b 30c 微差圧センサ
2 信号増幅部
3 フィルタ部
4 呼吸信号検出部
5 心拍信号検出部
6 体動検出部
7 睡眠段階判定部
8 正規化部
9 呼吸状態判定部
21 寝台
22 硬質シート
23 クッションシート
30a エアマット
30b エアチューブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 30 Living body signal detection part 1a Pressure detection tube 1b 30c Slight difference pressure sensor 2 Signal amplification part 3 Filter part 4 Respiration signal detection part 5 Heart rate signal detection part 6 Body motion detection part 7 Sleep stage determination part 8 Normalization part 9 Respiratory state Judgment part 21 Bed 22 Hard sheet 23 Cushion sheet 30a Air mat 30b Air tube

Claims (6)

睡眠時に無侵襲且つ無拘束で検出した生体信号に基づいて利用者の呼吸状態が無呼吸及び/又は低呼吸であるか否かを診断する無呼吸及び/又は低呼吸診断装置において、
前記利用者の呼吸信号を無侵襲且つ無拘束で検出する呼吸信号検出手段と、
前記呼吸信号検出手段によって検出された呼吸信号のうち、所定時間の呼吸信号における最大値と最小値との差分値に基づいて前記呼吸信号の利得を変化させることにより、前記呼吸信号の正規化を行う正規化手段と、
前記正規化手段によって正規化された正規化呼吸信号に基づいて、前記利用者が無呼吸状態及び/又は低呼吸状態であるか否かを判定する呼吸状態判定手段とを備えること
を特徴とする無呼吸及び/又は低呼吸診断装置。
In an apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus for diagnosing whether a breathing state of a user is apnea and / or hypopnea based on a biological signal detected non-invasively and unconstrained during sleep,
Breathing signal detection means for detecting the breathing signal of the user non-invasively and unconstrained;
The respiratory signal is normalized by changing the gain of the respiratory signal based on a difference value between the maximum value and the minimum value of the respiratory signal of a predetermined time among the respiratory signals detected by the respiratory signal detection means. Normalization means to perform,
Breathing state determination means for determining whether or not the user is in an apnea state and / or a hypopnea state based on a normalized breathing signal normalized by the normalization unit. Apnea and / or hypopnea diagnostic device.
前記利用者の体動を検出する体動検出手段とを備え、
前記正規化手段は、前記体動検出手段によって前記利用者の体動を検出したとき、横向き横臥状態における前記差分値が飽和する程度以上に利得を上げ、前記差分値が第1の閾値以上である前記呼吸信号の利得を所定値だけ低下させ、その動作を繰り返し行い、前記差分値が前記第1の閾値未満となった場合には制御を中止し、前記第1の閾値を100%として前記呼吸信号の正規化を行うことを特徴とする請求項1記載の無呼吸及び/又は低呼吸診断装置。
Body movement detecting means for detecting the user's body movement,
The normalizing means increases the gain to a level that saturates the difference value in a sideways lying state when the body movement detection means detects the user's body movement, and the difference value is greater than or equal to a first threshold value. Decreasing the gain of the breathing signal by a predetermined value, repeating the operation, and stopping the control when the difference value is less than the first threshold, setting the first threshold as 100% and 2. The apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the respiratory signal is normalized.
前記正規化手段は、前記利用者が入床して信号測定を開始したとき、体動等大きな信号を含んでいるため、前記差分値が前記第1の閾値以上になる。前記呼吸信号の利得を所定値だけ低下さ、その動作を所定の時間ごと、繰り返し行い、前記差分値が前記第1の閾値未満となった場合には制御を中止し、前記第1の閾値を100%として前記呼吸信号の正規化を行うこと
を特徴とする請求項2記載の無呼吸及び/又は低呼吸診断装置。
Since the normalization means includes a large signal such as body movement when the user enters the floor and starts signal measurement, the difference value becomes equal to or greater than the first threshold value. The breathing signal gain is decreased by a predetermined value, and the operation is repeated every predetermined time. When the difference value is less than the first threshold value, the control is stopped, and the first threshold value is set. The apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus according to claim 2, wherein the respiration signal is normalized as 100%.
前記呼吸状態判定手段は、前記正規化手段によって正規化された正規化呼吸信号のうち、所定時間の正規化呼吸信号における最大値と最小値との差分値である正規化差分値を算出し、前記正規化差分値が測定レンジにおける50%以下であった場合には、低呼吸状態であると判定し、前記正規化差分値が10%以下であった場合には、無呼吸状態であると判定すること
を特徴とする請求項3記載の無呼吸及び/又は低呼吸診断装置。
The respiratory state determination means calculates a normalized difference value that is a difference value between a maximum value and a minimum value in a normalized respiratory signal for a predetermined time among the normalized respiratory signals normalized by the normalizing means, When the normalized difference value is 50% or less in the measurement range, it is determined that the patient is in a hypopnea state, and when the normalized difference value is 10% or less, the patient is in an apnea state. The apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus according to claim 3, wherein the determination is made.
前記利用者の心拍信号を無侵襲且つ無拘束で検出する心拍信号検出手段を備え、
前記体動検出手段は、前記心拍信号検出手段によって検出された心拍信号に基づいて前記利用者の体動を検出すること
を特徴とする請求項2記載の無呼吸及び/又は低呼吸診断装置。
Comprising a heartbeat signal detection means for detecting the user's heartbeat signal non-invasively and unconstrained;
The apnea and / or hypopnea diagnosis apparatus according to claim 2, wherein the body motion detection unit detects the user's body motion based on a heartbeat signal detected by the heartbeat signal detection unit.
睡眠時に無侵襲且つ無拘束で検出した生体信号に基づいて利用者の呼吸状態が無呼吸及び/又は低呼吸であるか否かを診断する無呼吸及び/又は低呼吸診断方法において、
所定の呼吸信号検出手段によって前記利用者の呼吸信号を無侵襲且つ無拘束で検出する呼吸信号検出工程と、信号処理を行うプロセッサが、前記呼吸信号検出工程にて検出された呼吸信号のうち、所定時間の呼吸信号における最大値と最小値との差分値に基づいて前記呼吸信号の利得を変化させることにより、前記呼吸信号の正規化を行う正規化工程と、
前記プロセッサが、前記正規化工程にて正規化された正規化呼吸信号に基づいて、前記利用者が無呼吸状態及び/又は低呼吸状態であるか否かを判定する呼吸状態判定工程とを備えること
を特徴とする無呼吸及び/又は低呼吸診断方法。
In an apnea and / or hypopnea diagnosis method for diagnosing whether or not the breathing state of a user is apnea and / or hypopnea based on a biological signal detected non-invasively and unconstrained during sleep,
A breathing signal detection step for detecting the breathing signal of the user non-invasively and unconstrained by a predetermined breathing signal detection means, and a processor for performing signal processing among the breathing signals detected in the breathing signal detection step, A normalization step of normalizing the respiratory signal by changing a gain of the respiratory signal based on a difference value between a maximum value and a minimum value in the respiratory signal for a predetermined time;
The processor includes a breathing state determination step of determining whether or not the user is in an apnea state and / or a hypopnea state based on the normalized breathing signal normalized in the normalization step. An apnea and / or hypopnea diagnosis method characterized by the above.
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