JP2017144229A - Health management device - Google Patents

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大輔 櫛田
Daisuke Kushida
大輔 櫛田
熊川 圭一
Keiichi Kumagawa
圭一 熊川
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Tottori University NUC
Kumagawa Co Ltd
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Kumagawa Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a health management device capable of determining a respiratory condition of a subject in a supine posture to perform daily health management.SOLUTION: A health management device includes: a sensor 11 that detects vibration caused by respiration of a subject in a supine posture on a bed 10; a stimulator 13 that gives stimulation to the subject; an abnormal respiration display device 21 that displays or stores respiratory arrest, slow respiration, tachypnea, low respiration, and hyperpnea of the subject; and a processing unit 20 that extracts a signal component of a frequency band of respiration from a sensor signal, obtains a distribution of intensity spectrum of the extracted signal component, determines a frequency of a maximum intensity spectrum, determines respiratory arrest, slow respiration, and tachypnea on the basis of the frequency of the maximum intensity spectrum, determines low respiration and hyperpnea on the basis of a magnitude of the maximum intensity spectrum, causes the stimulator to give electrical stimulation to the subject at a time of respiratory arrest, and causes the abnormal respiration display device to display or store the respiratory arrest, slow respiration, tachypnea, low respiration, and hyperpnea.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は健康管理装置に関し、特に仰臥姿勢にある被験者の呼吸状態を判定して日常の健康管理を行うことのできるようにした装置に関する。   The present invention relates to a health management device, and more particularly to a device that can perform daily health management by determining the respiratory state of a subject in a supine posture.

呼吸は健康状態と密接に関係し、特に睡眠中における呼吸の変化を知ることは日常の健康管理において重要である。   Breathing is closely related to health status, and knowing changes in breathing especially during sleep is important in daily health care.

一般的に睡眠時の呼吸測定には睡眠ポリグラフ検査が知られているが、鼻カニューレを鼻腔に挿入する必要があり、日常的に気軽に利用しにくい。   In general, polysomnographic examination is known for measuring respiration during sleep, but it is necessary to insert a nasal cannula into the nasal cavity, which is difficult to use on a daily basis.

他方、睡眠中の呼吸音やいびき音を記録し、連続する呼吸音やいびき音の間に所定時間、例えば10秒から120秒の間継続して無音区間が検知されたときに、この無音区間を無呼吸状態と判定する方法が知られている(特許文献1、特許文献2、特許文献3)。   On the other hand, when a breathing sound or snoring sound during sleep is recorded and a silent period is continuously detected for a predetermined time, for example, 10 seconds to 120 seconds, between the continuous breathing sound and snoring sound, the silent period is detected. Is known as an apnea state (Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3).

ところで、無呼吸は呼吸回数の異常に分類されているが、呼吸回数の異常には他に、呼吸回数が正常な呼吸よりも少なくなる徐呼吸や呼吸回数が正常な呼吸よりも多くなる頻呼吸がある。また、異常呼吸には呼吸回数の異常の他に、1回の呼吸当りの換気量が少なくなる低呼吸や1回の呼吸当りの換気量が多くなる過呼吸など、呼吸回数は正常であるものの、一回の換気量の異常も知られている。
しかるに、上述の呼吸音やいびき音を記録する方法では無呼吸状態は検知することができるものの、他の異常呼吸を検知することが難しい。
By the way, apnea is categorized as an abnormality in the number of breaths, but in addition to the abnormality in the number of breaths, there are other slow breaths where the number of breaths is less than normal breathing and tachycardia where the number of breaths is larger than normal breathing There is. In addition to abnormal breathing, abnormal breathing has normal breathing rates, such as hypopneas that reduce the amount of ventilation per breath and hyperventilation that increases the amount of ventilation per breath. It is also known that there is an abnormality in the amount of ventilation once.
However, although the method of recording the above breathing sound and snoring sound can detect the apnea state, it is difficult to detect other abnormal breathing.

これに対し、本件発明者らは、仰臥する人の胸部及び腹部に対応するベッド上の位置に加速度センサーを設け、加速度センサーの信号から呼吸の周波数帯の信号成分を抽出し、抽出された信号成分を周波数解析して強度スペクトラムの分布を求め、強度スペクトラムの最大値から呼吸深度を深い呼吸、浅い呼吸及び無呼吸に分類し、無呼吸状態を判定するようにした方法を提案するに至った(非特許文献1)。   In contrast, the inventors of the present invention provided an acceleration sensor at a position on the bed corresponding to the chest and abdomen of a person who is supine, extracted a signal component of the respiration frequency band from the signal of the acceleration sensor, and extracted signals The frequency spectrum of the components was analyzed to find the distribution of the intensity spectrum, and the method of classifying the apnea depth into deep breathing, shallow breathing and apnea from the maximum value of the intensity spectrum to determine the apnea state has been proposed. (Non-Patent Document 1).

特開2009−219713号公報JP 2009-219713 A 特開2006−167427号公報JP 2006-167427 A 特開2005−21255号公報JP 2005-21255 A

鳥取大学大学院 中川剛毅,櫛田大輔,北村章 「簡易診断のための加速度センサを用いた睡眠中呼吸の計測と解析」第59回システム制御情報学会研究発表講演会(2015年5月20日〜22日 大阪)Tottori University Graduate School Tsuyoshi Nakagawa, Daisuke Kushida, Akira Kitamura “Measurement and Analysis of Sleep Respiration Using Acceleration Sensors for Simple Diagnosis” The 59th System Control Information Society Conference Presentation Meeting (May 20-22, 2015) Osaka)

上記非特許文献1記載の方法では深い呼吸と浅い呼吸・無呼吸とを分類した後、浅い呼吸と無呼吸を分類するようにしているので、信号強度のスペクトラムから換気量異常の低呼吸や過呼吸を判定でき、又信号成分の最大強度スペクトラムにおける周波数から9回/分以下の徐呼吸と25回/分以上の頻呼吸を判定でき、異常呼吸を簡易診断できると期待される。   In the method described in Non-Patent Document 1, since deep breathing and shallow breathing / apnea are classified, then shallow breathing and apnea are classified. Respiration can be determined, and slow breathing of 9 times / min or less and tachypnea of 25 times / min or more can be determined from the frequency in the maximum intensity spectrum of the signal component, and it is expected that simple breathing can be diagnosed.

本発明はかかる点に着目し、仰臥姿勢にある被験者の呼吸状態を判定して日常の健康管理を行うことのできるようにした健康管理装置を提供することを課題とする。   This invention pays attention to this point, and makes it a subject to determine the respiratory state of the test subject in a supine posture, and to provide the health management apparatus which enabled daily health management.

そこで、本発明に係る健康管理装置は、被験者が仰臥姿勢をとることのできるベッドと、該ベッド上の仰臥姿勢の被験者の呼吸に起因する振動を検出するセンサーと、被験者に刺激を与える刺激具と、被験者の無呼吸、徐呼吸、頻呼吸、低呼吸、過呼吸を表示し又は記録する異常呼吸表示装置と、上記センサー信号から呼吸の周波数帯の信号成分を抽出し、該抽出された信号成分の強度スペクトラムの分布を求め、最大強度スペクトラムの周波数を決定し、該最大強度スペクトラムの周波数から無呼吸、徐呼吸及び頻呼吸を判定する一方、最大強度スペクトラムの大きさから低呼吸と過呼吸を判定し、無呼吸時に上記刺激具をして被験者に電気刺激を与え、異常呼吸表示装置をして無呼吸、徐呼吸、頻呼吸、低呼吸、過呼吸を表示又は記録される演算処理装置と、を備えたことを特徴とする。   Therefore, a health management device according to the present invention includes a bed in which a subject can take a supine posture, a sensor that detects vibrations caused by breathing of the subject in the supine posture on the bed, and a stimulator that stimulates the subject An abnormal breath display device that displays or records the apnea, slow breath, tachypnea, hypopnea, and hyperpnea of the subject, and extracts a signal component of the breathing frequency band from the sensor signal, and the extracted signal The distribution of the intensity spectrum of the component is obtained, the frequency of the maximum intensity spectrum is determined, and apnea, slow breathing and tachypnea are determined from the frequency of the maximum intensity spectrum, while hypopnea and hyperpnea are determined from the size of the maximum intensity spectrum. When apnea, apply the above stimulator to apply electrical stimulation to the subject, and display or record apnea, slow breathing, tachypnea, hypopnea, and hyperpnea using the abnormal breath display device. An arithmetic processing unit that, characterized by comprising a.

本発明の特徴の1つは仰臥姿勢にある被験者の呼吸に起因する振動を検出し、得られたセンサー信号から呼吸の周波数帯の信号成分を抽出し、周波数解析、例えばFFT(高速フーリェ変換)を用いて周波数解析を行って信号強度のスペクトラム分布を求め、信号成分の最大強度スペクトラムの周波数を決定し、該最大強度スペクトラムの周波数から無呼吸、徐呼吸及び頻呼吸を判定する一方、最大強度スペクトラムの大きさから低呼吸と過呼吸を判定し、異常呼吸を表示するようにした点にある。
これにより、一般に異常呼吸と言われる呼吸の変化、特に睡眠中における呼吸の変化を検知することができ、異常呼吸を直ちに判別することができる。
ここで、正常呼吸と異常呼吸、例えば呼吸停止、睡眠時無呼吸、徐呼吸、頻呼吸、低呼吸、過呼吸に起因する振動の波形を図4に示す。
One of the features of the present invention is to detect vibration caused by breathing of a subject in a supine posture, extract a signal component of the breathing frequency band from the obtained sensor signal, and perform frequency analysis, for example, FFT (Fast Fourier Transform). The frequency analysis is performed to determine the spectrum distribution of the signal intensity, the frequency of the maximum intensity spectrum of the signal component is determined, and apnea, slow breathing and tachypnea are determined from the frequency of the maximum intensity spectrum, while the maximum intensity It is in the point that hypopnea and hyperpnea are judged from the magnitude of the spectrum and abnormal breathing is displayed.
Thereby, a change in respiration generally called abnormal breathing, in particular, a change in breathing during sleep can be detected, and abnormal breathing can be immediately determined.
Here, FIG. 4 shows waveforms of vibrations caused by normal breathing and abnormal breathing, for example, respiratory stop, sleep apnea, slow breathing, tachypnea, hypopnea, and hyperpnea.

被験者の呼吸の振動は加速度センサーや高い応答性の圧力センサーによって検出することができる。加速度センサーは傾きを捉えるので、被験者の胸部や腹部に対応するベッド上に設けてもよく、ベッドの脚などに設けることもできる。他方、圧力センサーは圧力を捉えるので、被験者の胸部や腹部に対応するベッド上に設けるのがよい。   The vibration of the subject's breathing can be detected by an acceleration sensor or a highly responsive pressure sensor. Since the acceleration sensor captures the inclination, it may be provided on the bed corresponding to the subject's chest or abdomen, or may be provided on the leg of the bed. On the other hand, since the pressure sensor captures pressure, it is preferable to provide it on a bed corresponding to the subject's chest or abdomen.

また、本発明の第2の特徴は無呼吸が検知されたときに被験者に刺激を与えるようにした点にある。
これにより、被験者は刺激によって睡眠中であっても意識が戻って無呼吸から正常な呼吸に復帰することができ、特に睡眠中において身体にかかる負担を大幅に軽減することが期待できる。
刺激は例えば電気刺激、振動による刺激、音による刺激を挙げることができる。
The second feature of the present invention is that a stimulus is given to the subject when apnea is detected.
As a result, the subject can return to normal breathing from apnea even during sleep by stimulation, and can expect to significantly reduce the burden on the body, especially during sleep.
Examples of the stimulus include an electrical stimulus, a stimulus by vibration, and a stimulus by sound.

センサーと演算処理装置とは信号線で接続するようにしてもよく、又無線によって接続するようにしてもよい。ただ、無線で接続するようにすると、センサーと演算処理装置との間の障害物に起因して信号の欠損を招来するおそれがあり、通信切れによって失われた信号は復元することは一般的に難しく、又信号の欠損がどのようなタイミングで現れるか予測できない。そこで、時間経過に伴う複数のセンサー信号に対して移動平均処理によって補間を行うのがよい。   The sensor and the arithmetic processing unit may be connected by a signal line, or may be connected wirelessly. However, if you connect wirelessly, there is a risk of signal loss due to obstacles between the sensor and the processing unit, and it is common to restore signals lost due to communication loss. It is difficult, and it is impossible to predict when the signal loss will appear. Therefore, it is preferable to perform interpolation by moving average processing on a plurality of sensor signals over time.

また、センサー信号はS/N比が低く、呼吸データのみを抽出することが難しい。そこで、BPF(バンドパスフィルタ)処理によって呼吸の周波数帯、例えば0.1Hz〜0.6Hz(1分間に6回〜36回)の信号成分を抽出する。   Further, the sensor signal has a low S / N ratio, and it is difficult to extract only respiration data. Therefore, a signal component of a respiration frequency band, for example, 0.1 Hz to 0.6 Hz (6 to 36 times per minute) is extracted by BPF (band pass filter) processing.

センサーは1つでもよいが、被験者の呼吸に起因する振動を検出して呼吸に起因する情報をより多く得るのがよい。複数のセンサーを用いる場合、各センサーの信号レベルを合わせること、信号の変数のみを知ればよいことを考慮すると、正規化を行うのがよい。   The number of sensors may be one, but it is preferable to obtain more information due to respiration by detecting vibration due to respiration of the subject. When using a plurality of sensors, normalization is preferably performed in consideration of matching the signal levels of the sensors and knowing only the signal variables.

正規化は次の式を用いることができる。

Figure 2017144229
The following formula can be used for normalization.
Figure 2017144229

また、複数のセンサーを用いる場合、複数のセンサー(センサー1、センサー2、センサー3)から得られる呼吸の周波数帯の信号成分を周波数解析して図2の(a)に示されるように強度スペクトラム分布を求め、図2の(b)に示されるように、強度スペクトラムをスペクトラム合成すると、信号成分の特徴をより明確化することができる。   When a plurality of sensors are used, the frequency spectrum of the respiratory frequency band components obtained from the plurality of sensors (sensor 1, sensor 2, sensor 3) is subjected to frequency analysis, and the intensity spectrum as shown in FIG. When the distribution is obtained and the intensity spectrum is subjected to spectrum synthesis as shown in FIG. 2B, the characteristics of the signal component can be further clarified.

さらに、信号成分の最大強度スペクトラム及びその周波数を時間軸に沿ってシフトしながら取得すると、呼吸のリズム及び呼吸深度を判別することができる。しかし、無呼吸と低呼吸とは最大強度スペクトラムの差が図3(a)に示されるように小さく、判別しにくい。
そこで、複数のセンサーの信号のうち、最大強度スペクトラムが最も大きいセンサー信号のRMS値(二乗平均平方根)を求めると、図3(b)に示されるように、無呼吸と低呼吸との間に差が見られるので、無呼吸と低呼吸とを分類することができる。
なお、最大強度スペクトラムとRMS値は次元が異なるので、下記の数式2を用いて正規化を行った。ここで、Xmin とXmax はデータの最小値と最大値である。

Figure 2017144229
Furthermore, if the maximum intensity spectrum of the signal component and its frequency are acquired while shifting along the time axis, the breathing rhythm and breathing depth can be determined. However, the difference in maximum intensity spectrum between apnea and hypopnea is small as shown in FIG.
Therefore, when the RMS value (root mean square) of the sensor signal having the largest maximum intensity spectrum among the signals of the plurality of sensors is obtained, as shown in FIG. 3B, between apnea and hypopnea. Since there is a difference, apnea and hypopnea can be classified.
Since the maximum intensity spectrum and the RMS value have different dimensions, normalization was performed using Equation 2 below. Here, Xmin and Xmax are the minimum value and the maximum value of the data.
Figure 2017144229

本発明に係る健康管理装置の好ましい実施形態を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing a preferred embodiment of a health management device according to the present invention. 本発明における信号成分の強度スペクトラムの例及びスペクトラム合成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the intensity spectrum of the signal component in this invention, and the example of a spectrum synthesis | combination. 本発明における無呼吸と低呼吸における強度スペクトラムの例及びRMS値の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the intensity spectrum in the apnea and the hypopnea in this invention, and the example of RMS value. 正常呼吸と異常呼吸に起因する振動の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the vibration resulting from normal breathing and abnormal breathing. 第2の実施形態の使用例を示す図である。It is a figure which shows the usage example of 2nd Embodiment. 第2の実施形態における加速度センサーモジュールの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the acceleration sensor module in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における加速度センサーモジュールの出力波形(b)を1つの加速度センサーの出力波形(a)と比較する図である。It is a figure which compares the output waveform (b) of the acceleration sensor module in 2nd Embodiment with the output waveform (a) of one acceleration sensor. 第2の実施形態において被験者の仰臥姿勢aと側臥姿勢bのときの可撓性シート31の傾きによって求めた特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic calculated | required by the inclination of the flexible sheet | seat 31 at the time of a test subject's supine posture a and the side posture b in 2nd Embodiment.

以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る健康管理装置の好ましい実施形態を示す。図において、ベッド10上には被験者の胸部及び腹部に対応する位置に加速度センサー(例えば、株式会社ZMP社製の9軸ワイヤレスモーションセンサーIMU−Z)11が搭載され、3つの加速度センサー11の信号、例えば図1の(b)に示される信号は演算処理装置20に無線信号によって出力されている。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on specific examples shown in the drawings. FIG. 1 shows a preferred embodiment of a health care apparatus according to the present invention. In the figure, an acceleration sensor (for example, a 9-axis wireless motion sensor IMU-Z manufactured by ZMP Co., Ltd.) 11 is mounted on the bed 10 at positions corresponding to the chest and abdomen of the subject. For example, the signal shown in FIG. 1B is output to the arithmetic processing unit 20 as a radio signal.

演算処理装置20は例えばCPUや記憶媒体によって構成され、以下のような演算処理が行われる。加速度センサー11の時間経過に伴う複数、例えば30個の信号が移動平均処理によって全体が平滑化されることでデータ補間が行われ、このデータ補間を行ったセンサー信号からBPF(バンドパスフィルタ)処理によって呼吸の周波数0.1Hz〜0.6Hz(6回/分〜36回/分)の信号成分が抽出される。   The arithmetic processing unit 20 is constituted by, for example, a CPU or a storage medium, and performs the following arithmetic processing. Data interpolation is performed by smoothing a plurality of, for example, 30 signals over time of the acceleration sensor 11 by moving average processing, and BPF (band pass filter) processing is performed from the sensor signal subjected to the data interpolation. As a result, a signal component having a respiration frequency of 0.1 Hz to 0.6 Hz (6 times / min to 36 times / min) is extracted.

次に、呼吸周波数帯の信号成分に対してFFT(高速フーリェ変換)によって周波数解析を行って信号成分の強度スペクトラム分布が求められる。周波数解析する際の信号数は例えば4096個を用いているが、512個(サンプリング間隔:0.1秒)を用いることもでき、処理データ区間毎に正規化が行われる。正規化は例えば上述の数式1が用いられる。   Next, frequency analysis is performed on the signal component in the respiratory frequency band by FFT (Fast Fourier Transform) to obtain the intensity spectrum distribution of the signal component. For example, 4096 signals are used for frequency analysis, but 512 signals (sampling interval: 0.1 second) can also be used, and normalization is performed for each processing data section. For example, the above-described formula 1 is used for normalization.

さらに、3つの加速度センサー11の信号から得られた強度スペクトラム分布(センサ1、センサ2、センサ3)のスペクトラム合成が行われ、合成された強度スペクトラム分布の最大強度及びその周波数が時間軸に沿ってシフトしながら取得される。   Further, spectrum synthesis of intensity spectrum distributions (sensor 1, sensor 2, sensor 3) obtained from the signals of the three acceleration sensors 11 is performed, and the maximum intensity and the frequency of the synthesized intensity spectrum distribution are along the time axis. Is acquired while shifting.

得られた合成強度スペクトラムの最大強度の大きさから無呼吸・低呼吸と過呼吸の有無が判別される。また、最大の強度スペクトラムが得られた加速度センサー11の信号についてRMS値(二乗平均平方根)が求められ、無呼吸と低呼吸とが判別される。
なお、最大強度スペクトラムとRMS値は次元が異なるので、正規化が行われる。正規化には上記の数式2が用いられる。
The presence or absence of apnea / hypopnea and hyperventilation is determined from the magnitude of the maximum intensity of the obtained composite intensity spectrum. Further, an RMS value (root mean square) is obtained for the signal of the acceleration sensor 11 from which the maximum intensity spectrum is obtained, and apnea and hypopnea are discriminated.
Since the maximum intensity spectrum and the RMS value have different dimensions, normalization is performed. The above-described formula 2 is used for normalization.

また、得られた合成強度スペクトラム分布において最大の強度スペクトラムの周波数が求められ、周波数が0.15Hz以下か否かから9回/分以下の徐呼吸か否かが判別され、又0.4Hz以上か否かから25回/分以上の頻呼吸か否かが判別される。   Further, the frequency of the maximum intensity spectrum is obtained in the obtained composite intensity spectrum distribution, and it is determined whether or not the breath is 9 breaths / min or less from whether the frequency is 0.15 Hz or less, and 0.4 Hz or more. Whether or not the tachypnea is 25 times / minute or more is determined.

さらに、ベッド10や加速度センサー11にはバイブレーションや音による刺激を被験者に与える刺激具13が設けられ、無呼吸が検知されたときには演算処理装置20からの信号によって被験者に刺激が与えられるようになっている。なお、被験者の手指に電気刺激を与える刺激具13を装着するようにしてもよいが、被験者の無拘束による呼吸の簡易検査という点を考慮すると、ベッド10や加速度センサー11に刺激具13を設けるのがよい。
また、無呼吸、徐呼吸、頻呼吸、低呼吸、過呼吸が検知されたときには異常呼吸表示装置21に表示されるとともに、記録されるようになっている。
Furthermore, the bed 10 and the acceleration sensor 11 are provided with a stimulator 13 that gives vibration to the subject with vibrations and sounds. When an apnea is detected, the subject is stimulated by a signal from the arithmetic processing unit 20. ing. A stimulator 13 that applies electrical stimulation to the subject's fingers may be attached, but the stimulator 13 is provided on the bed 10 or the acceleration sensor 11 in view of the simple examination of breathing without subject restraint. It is good.
Further, when apnea, slow breathing, tachypnea, hypopnea, and hyperpnea are detected, they are displayed on the abnormal breath display device 21 and recorded.

以上のように、異常呼吸と言われる呼吸の変化、特に睡眠中における呼吸の変化を検知することができ、異常呼吸を簡易に検知することができる。   As described above, a change in breathing called abnormal breathing, particularly a breathing change during sleep can be detected, and abnormal breathing can be easily detected.

また、無呼吸が検知されたときに被験者に刺激を与えるようにしたので、被験者は刺激によって睡眠中であっても意識が戻って無呼吸から正常な呼吸に復帰することができ、特に睡眠中において身体にかかる負担を大幅に軽減することができる。   In addition, since a stimulus is given to the subject when apnea is detected, the subject can return to consciousness and return to normal breathing from sleep, especially during sleep. The burden on the body can be greatly reduced.

なお、演算処理装置20に、睡眠中における体温の変化を検知して体温が急激に変化したときに被験者に電気刺激を与える機能を付加してもよい。   In addition, you may add to the arithmetic processing unit 20 the function to detect a change in body temperature during sleep and to apply electrical stimulation to the subject when the body temperature changes abruptly.

ところで、図5に示されるように、可撓性のシート31に複数の加速度センサーモジュール32を搭載して加速度センサーシート30を構成し、被実者の掛け布団の上に加速度センサーシート30を載せ、被実者の呼吸に起因する加速度を無拘束に検知することが提案される。かかる方式では設置が容易で、被験者の下側に設置する場合のように故障のリスクが少なく、又身体に直接触れることがないので、就寝中の不快感が少ないという利点がある。   By the way, as shown in FIG. 5, a plurality of acceleration sensor modules 32 are mounted on a flexible sheet 31 to form an acceleration sensor sheet 30, and the acceleration sensor sheet 30 is placed on the comforter of the subject, It is proposed to detect the acceleration caused by the breathing of the subject without restriction. Such a method is easy to install and has the advantage that there is less risk of failure as in the case of installing under the subject and there is less discomfort during sleeping because there is no direct contact with the body.

一般的に睡眠中に無呼吸となる原因として舌根沈下や軟口蓋沈下がある。これらは仰臥姿勢のときに起こり、側臥姿勢では起こり難く、側臥姿勢では無呼吸のなるおそれは少ない。しかるに、仰臥姿勢にある被験者の呼吸に関連する加速度を検知する方式では被験者が側臥姿勢にあると、検知した信号に呼吸に関連する成分が現れ難く、無呼吸と判断してしまうおそれがある一方、無呼吸となる可能性の低い側臥姿勢では呼吸の推定を行う必要性が少ない。   Common causes of apnea during sleep include sublingual tongue subtraction and soft palate subsidence. These occur in the supine position, are unlikely to occur in the lateral position, and are less likely to cause apnea in the lateral position. However, in the method of detecting the acceleration related to the respiration of the subject in the supine posture, if the subject is in the lateral posture, the component related to the respiration hardly appears in the detected signal, and there is a possibility that it may be determined as apnea. There is little need to estimate respiration in a lateral posture that is unlikely to become apnea.

そこで、加速度センサーによる静加速度から、加速度センサーシートの湾曲を求め、体動変化を検知し、姿勢を推定することによって側臥姿勢における無駄になりやすい呼吸異常の検知を省くことができる。   Therefore, by detecting the curvature of the acceleration sensor sheet from the static acceleration by the acceleration sensor, detecting the body movement change, and estimating the posture, it is possible to omit detection of respiratory abnormalities that are likely to be wasted in the lateral posture.

すなわち、複数の加速度センサー及び複数の加速度センサーの信号の加算平均を求める加算平均回路によって加速度センサーモジュールを構成し、複数の加速度センサーモジュールを可撓性シートに縦横に並べて搭載し、演算処理装置20で複数の加速度センサーモジュールの信号から可撓性シートの傾きを求め、可撓性シートの傾きが設定の傾きを越えたときに側臥姿勢と判断し、異常呼吸の判定を停止するように構成することができる。   That is, an acceleration sensor module is configured by a plurality of acceleration sensors and an addition averaging circuit that calculates an average of signals from the plurality of acceleration sensors, and the plurality of acceleration sensor modules are mounted side by side on a flexible sheet. In this configuration, the inclination of the flexible sheet is obtained from the signals of the plurality of acceleration sensor modules, and when the inclination of the flexible sheet exceeds the set inclination, it is determined as a lateral posture and the determination of abnormal breathing is stopped. be able to.

図6は加速度センサーモジュールの1例を示す。図6に示されるように、4つの加速度センサーAcc1〜Acc4の信号をオペアンプ(反転加算平均回路)40の反転入力に入力して加算平均を求めると、白色ノイズを1/2に軽減することができる。   FIG. 6 shows an example of the acceleration sensor module. As shown in FIG. 6, when the signals of the four acceleration sensors Acc1 to Acc4 are input to the inverting input of the operational amplifier (inverting addition averaging circuit) 40 to obtain the averaging, the white noise can be reduced to ½. it can.

図7の(a)は1つの加速度センサーの場合の信号波形を、同図の(b)は4つの加速度センサーの出力を加算平均したときの信号波形を示し、S/N比が高く、波形が明確になることが確認される。   FIG. 7A shows a signal waveform in the case of one acceleration sensor, and FIG. 7B shows a signal waveform when the outputs of the four acceleration sensors are added and averaged, and has a high S / N ratio. Is confirmed.

また、図6の回路内に遮断周波数、例えば13Hzのローパスフィルター41を構成し、呼吸成分以外の周波数を遮断するようにしている。   In addition, a low-pass filter 41 having a cutoff frequency, for example, 13 Hz, is configured in the circuit of FIG.

今、各加速度センサーモジュールのX軸の加速度の値をSout、加速度センサーモジュールのX軸の0〔G〕の出力の値をS0out 、加速度センサーモジュールのX軸の1〔G〕の出力の値をS1out とすると、傾きは式3によって算出することができる。

Figure 2017144229
Now, the acceleration value of the X axis of each acceleration sensor module is Sout, the output value of 0 [G] of the X axis of the acceleration sensor module is S0out, and the output value of 1 [G] of the X axis of the acceleration sensor module is Assuming that S1out, the slope can be calculated by Equation 3.
Figure 2017144229

この傾きの値を2次元座標上に描画し、湾曲の形から被験者の姿勢を推定することができる。図8にその例を示し、線図aは仰臥姿勢、線図bは側臥姿勢を示し、湾曲高さの頂点が閾値cを越えたときに被験者が側臥姿勢をとっており、無呼吸などの異常呼吸を検知するのを中断する。   The inclination value can be drawn on two-dimensional coordinates and the posture of the subject can be estimated from the shape of the curve. An example is shown in FIG. 8, a diagram a shows a supine posture, a diagram b shows a scoliosis posture, and the subject takes a scoliosis posture when the apex of the curve height exceeds a threshold value c, such as apnea Stop detecting abnormal breathing.

10 ベッド
11 加速度センサー
13 刺激具
20 演算処理装置
21 呼吸異常表示装置
10 Bed 11 Acceleration sensor 13 Stimulator 20 Arithmetic processor 21 Respiratory abnormality display device

Claims (2)

仰臥姿勢にある被験者の呼吸状態を判定して健康管理を行うことのできるようにした健康管理装置であって、
被験者が仰臥姿勢をとることのできるベッド(10)と、
該ベッド(10)上の仰臥姿勢の被験者の呼吸に起因する振動を検出するセンサー(11)と、
被験者に刺激を与える刺激具(13)と、
被験者の無呼吸、徐呼吸、頻呼吸、低呼吸、過呼吸を表示し又は記録する異常呼吸表示装置(21)と、
上記センサー(11)の信号から呼吸の周波数帯の信号成分を抽出し、該抽出された信号成分の強度スペクトラムの分布を求め、最大強度スペクトラムの周波数を決定し、該最大強度スペクトラムの周波数から無呼吸、徐呼吸及び頻呼吸を判定する一方、最大強度スペクトラムの大きさから低呼吸と過呼吸を判定し、無呼吸時に上記刺激具(13)をして被験者に刺激を与え、異常呼吸表示装置(21)をして無呼吸、徐呼吸、頻呼吸、低呼吸、過呼吸を表示又は記録される演算処理装置と(20)、
を備えたことを特徴とする健康管理装置。
A health management device capable of performing a health management by determining a respiratory state of a subject in a supine posture,
A bed (10) in which the subject can take a supine posture;
A sensor (11) for detecting vibration caused by breathing of a subject in a supine posture on the bed (10);
A stimulator (13) for stimulating the subject;
An abnormal breath display device (21) for displaying or recording the subject's apnea, slow breath, tachypnea, hypopnea, hyperpnea;
The signal component of the respiration frequency band is extracted from the signal of the sensor (11), the distribution of the intensity spectrum of the extracted signal component is obtained, the frequency of the maximum intensity spectrum is determined, and the frequency of the maximum intensity spectrum is determined from the frequency of the maximum intensity spectrum. While judging breathing, slow breathing and tachypnea, hypopnea and hyperpnea are judged from the magnitude of the maximum intensity spectrum, the stimulator (13) is used to stimulate the subject during apnea, and an abnormal breath display device (21) an arithmetic processing unit which displays or records apnea, slow breathing, tachypnea, hypopnea, and hyperpnea (20),
A health management device comprising:
複数の加速度センサー(32)と該複数の加速度センサー(32)の信号の加算平均を求める加算平均回路によって加速度センサーモジュール(30)が構成され、上記複数の加速度センサーモジュール(30)が可撓性シート(31)に縦横に並べられて搭載されており、
上記演算処理装置(20)が、上記複数の加速度センサーモジュール(30)の信号から上記可撓性シート(31)の傾きを求め、上記可撓性シート(31)の傾きが設定の傾きを越えたときに側臥姿勢と判断し、異常呼吸の判定を停止するようになっている請求項1記載の健康管理装置。
The acceleration sensor module (30) is configured by a plurality of acceleration sensors (32) and an addition average circuit for calculating an addition average of signals of the plurality of acceleration sensors (32), and the plurality of acceleration sensor modules (30) are flexible. It is mounted side by side on the seat (31),
The arithmetic processing unit (20) obtains the inclination of the flexible sheet (31) from the signals of the plurality of acceleration sensor modules (30), and the inclination of the flexible sheet (31) exceeds a set inclination. The health management device according to claim 1, wherein the health management device is determined to have a scoliosis posture and abnormal breathing determination is stopped.
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