JP3809847B1 - Sleep diagnostic device and sleep apnea test device - Google Patents

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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
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Abstract

【課題】1台の加速度センサから、睡眠時無呼吸検査に必要な情報を得るようにする。
【解決手段】x軸方向を患者の左右方向とし、y軸方向を患者の身長方向とし、z軸方向を患者の体厚方向とするとき、三次元の加速度センサ2から得られるx,zの各DC成分DCx,DCzを用いて、(DCx/(DCx+DCz1/2,DCz/(DCx+DCz1/2)から患者の寝姿勢を検出することができ、前記x,y,zの各AC成分ACx,ACy,ACzを0.3Hz程度のローパスフィルタでフィルタリングし、増幅した出力を用いて、(ACx+ACy+ACz1/2のピーク周期の逆数からは患者の呼吸数を検出することができ、前記zのAC成分ACzを10〜15Hz程度のバンドパスフィルタでフィルタリングし、増幅した出力のピーク周期の逆数からは患者の心拍数を検出することができる。
【選択図】図5
Information required for a sleep apnea test is obtained from a single acceleration sensor.
When the x-axis direction is the patient's left-right direction, the y-axis direction is the patient's height direction, and the z-axis direction is the patient's body thickness direction, x and z obtained from a three-dimensional acceleration sensor 2 are obtained. Using each DC component DCx, DCz, the patient's sleeping posture can be detected from (DCx / (DCx 2 + DCz 2 ) 1/2 , DCz / (DCx 2 + DCz 2 ) 1/2 ). y, the AC components ACx of z, ACy, filtered at 0.3Hz about lowpass filter ACZ, using the amplified output, the patient from (ACx 2 + ACy 2 + ACz 2) 1/2 of the reciprocal of the peak period The z-component ACz is filtered with a band-pass filter of about 10 to 15 Hz, and the heart rate of the patient is detected from the reciprocal of the peak period of the amplified output. Can be issued.
[Selection] Figure 5

Description

本発明は、睡眠診断睡眠時無呼吸症候群(SAS:Sleep apnea syndrome)の診断のために使用される装置に関し、特にセンサ部分の改良に関する。 The present invention relates to a device used for sleep diagnosis and sleep apnea syndrome (SAS) diagnosis, and more particularly to improvement of a sensor portion.

睡眠検査と睡眠時無呼吸検査との少なくとも一方に用いられる生体センサとしては、鼻口などの呼吸を検知するための気流センサ、いびきを検知するための気管音センサ、呼吸運動を計測するための呼吸センサ、心拍を計測するための心拍センサなど様々なセンサが、各々の目的に応じて使用される。特に、睡眠時無呼吸検査では、呼吸運動を計測するために、胸や腹にバンド状の歪ゲージを巻付け、胸と腹との動きの位相差や運動の大きさを計測し、上気道の狭窄による、いわゆる閉塞型であるのか、鼻および口からの換気が停止するのと同時に、胸部と腹部の呼吸も停止する、いわゆる中枢型であるのかなどの診断を行う。またその際、寝姿勢を計測する為の体位センサなどを併用している。   Biological sensors used for at least one of sleep tests and sleep apnea tests include airflow sensors for detecting breathing in the nostrils, tracheal sound sensors for detecting snoring, and respiratory movements. Various sensors such as a respiration sensor and a heart rate sensor for measuring a heart rate are used according to each purpose. In particular, in sleep apnea testing, in order to measure respiratory motion, band-shaped strain gauges are wrapped around the chest and abdomen to measure the phase difference of movement between the chest and abdomen and the magnitude of the motion, and the upper airway It is diagnosed whether it is a so-called obstructive type due to stenosis, or whether it is a so-called central type that stops breathing in the chest and abdomen at the same time when ventilation from the nose and mouth stops. At that time, a posture sensor for measuring the sleeping posture is also used.

したがって、睡眠検査および睡眠時無呼吸検査では、多種多様な生体センサが用いられ、それが患者への負担を大きくさせている。特に、患者が自宅へ検査装置を持ち帰って自らセンサを装着する場合、できるだけ生体センサの種類を少なくし、より多くの情報を得るセンサシステムが強く期待される。   Therefore, in the sleep test and the sleep apnea test, various biosensors are used, which increases the burden on the patient. In particular, when a patient brings an inspection apparatus home to his / her home and wears the sensor himself, a sensor system that obtains more information by reducing the types of biosensors as much as possible is strongly expected.

一方、特許文献1では、体動を加速度センサで検知して、中途覚醒を判定する中途覚醒の判定システムが提案されている。また、特許文献2では、加速度センサからの出力を周波数分離してそれぞれ解析することで、被検者の日常生活における姿勢や動作を計測するようにした体動解析装置が提案されている。
特開2002−34955号公報 特開平7−178073号公報
On the other hand, Patent Document 1 proposes a mid-wake alert determination system that detects body motion using an acceleration sensor and determines mid-wake alert. Further, Patent Document 2 proposes a body motion analysis device that measures the posture and motion of a subject in daily life by analyzing the frequency of an output from an acceleration sensor, respectively.
JP 2002-34955 A JP-A-7-178073

したがって、上述のように加速度センサを用いて、睡眠検査および睡眠時無呼吸検査に用いる各生体情報を得ることも考えられる。しかしながら、特許文献1の加速度センサは、体動を検出しているだけで、心拍や脈拍は別の検出手段で検出しており、上述の問題が残る。一方、特許文献2では、体動を1台の加速度センサで検出しているが、日常生活の立ったり座ったりを検出しており、睡眠時無呼吸検査で測定するような僅かで変化が少ない体動を検出することはできない。特に、心拍に比べて呼吸は遅く、信号成分を分離するのにノウハウが必要である。   Therefore, it is conceivable to obtain each biological information used for the sleep test and sleep apnea test using the acceleration sensor as described above. However, the acceleration sensor disclosed in Patent Document 1 only detects body movement, and detects heartbeats and pulses by other detection means, and the above-described problem remains. On the other hand, in Patent Document 2, body motion is detected by a single acceleration sensor, but it detects the standing or sitting of daily life, and it is slight and little change as measured by a sleep apnea test. Body movement cannot be detected. In particular, respiration is slower than heartbeat, and know-how is required to separate signal components.

本発明の目的は、1台の加速度センサから、睡眠診断睡眠時無呼吸検査に必要な生体の情報を得ることができる睡眠診断装置および睡眠時無呼吸検査装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a sleep diagnostic apparatus and a sleep apnea test apparatus that can obtain living body information necessary for sleep diagnosis and sleep apnea test from one acceleration sensor.

本発明に係る睡眠診断装置と睡眠時無呼吸検査装置との少なくとも一方の機能を実現する構成は、三次元の加速度センサと、前記加速度センサの出力をフィルタリングするローパスフィルタおよびバンドパスフィルタと、前記加速度センサの出力を所望とするゲインで増幅するアンプと、x軸方向を患者の左右方向とし、y軸方向を患者の身長方向とし、z軸方向を患者の体厚方向とするとき、前記三次元の加速度センサから得られるx,zの各DC成分DCx,DCzから患者の寝姿勢を検出し、前記x,y,zの各AC成分ACx,ACy,ACzを前記ローパスフィルタでフィルタリングし、さらに前記アンプで増幅した出力から患者の呼吸数を検出し、前記zのAC成分ACzを前記バンドパスフィルタでフィルタリングし、さらに前記アンプで増幅した出力から患者の心拍数を検出する信号処理手段とを含むことを特徴とする。 Configuration for realizing at least one of functions of the sleep diagnostic apparatus according to the present invention and sleep apnea test apparatus, an acceleration sensor of a three-dimensional, low-pass filter and a band-pass filter for filtering the output of the acceleration sensor, the An amplifier that amplifies the output of the acceleration sensor with a desired gain, and when the x-axis direction is the patient's left-right direction, the y-axis direction is the patient's height direction, and the z-axis direction is the patient's body thickness direction, the tertiary The patient's sleeping posture is detected from the DC components DCx and DCz of x and z obtained from the original acceleration sensor, and the AC components ACx, ACy and ACz of x, y and z are filtered by the low-pass filter, and The respiratory rate of the patient is detected from the output amplified by the amplifier, the AC component ACz of z is filtered by the bandpass filter, and Signal processing means for detecting the heart rate of the patient from the output amplified by the amplifier .

また、本発明に係る睡眠診断装置と睡眠時無呼吸検査装置との少なくとも一方の機能を実現する構成は、三次元の加速度センサと、前記加速度センサの出力をフィルタリングするローパスフィルタおよびバンドパスフィルタと、前記加速度センサの出力を所望とするゲインで増幅するアンプと、x軸方向を患者の左右方向とし、y軸方向を患者の身長方向とし、z軸方向を患者の体厚方向とするとき、前記三次元の加速度センサから得られるx,zの各DC成分DCx,DCzを用いて、(DCx/(DCx +DCz 1/2 ,DCz/(DCx +DCz 1/2 から患者の寝姿勢を検出し、前記x,y,zの各AC成分ACx,ACy,ACzをローパスフィルタでフィルタリングし、さらに増幅した出力を用いて、(ACx +ACy +ACz 1/2 のピーク周期の逆数から患者の呼吸数を検出し、前記zのAC成分ACzをバンドパスフィルタでフィルタリングし、増幅した出力のピーク周期の逆数から患者の心拍数を検出することを特徴とする。 The configuration for realizing the function of at least one of the sleep diagnostic apparatus according to the present invention and sleep apnea test apparatus, an acceleration sensor of a three-dimensional, low-pass filter and a band-pass filter for filtering the output of the acceleration sensor An amplifier that amplifies the output of the acceleration sensor with a desired gain, when the x-axis direction is the patient's left-right direction, the y-axis direction is the patient's height direction, and the z-axis direction is the patient's body thickness direction, From (DCx / (DCx 2 + DCz 2 ) 1/2 , DCz / (DCx 2 + DCz 2 ) 1/2 ) using x and z DC components DCx and DCz obtained from the three-dimensional acceleration sensor , And the AC components ACx, ACy, ACz of x, y, z are filtered by a low-pass filter, and the amplified output is used ( ACx 2 + ACy 2 + ACz 2 ) The patient's respiratory rate is detected from the reciprocal of the peak period of 1/2 , the AC component ACz of z is filtered by a bandpass filter, and the heart rate of the patient is determined from the reciprocal of the peak period of the amplified output. It is characterized by detecting numbers.

上記の構成によれば、x軸方向を患者の左右方向とし、y軸方向を患者の身長方向とし、z軸方向を患者の体厚方向とするとき、三次元の加速度センサから得られるx,zの各DC成分DCx,DCzを用いて、(DCx/(DCx+DCz1/2,DCz/(DCx+DCz1/2)から患者の寝姿勢(脚側から見た患者の身長軸(y軸)回りの回転)を検出することができ、前記x,y,zの各AC成分ACx,ACy,ACzを0.3Hz程度のローパスフィルタでフィルタリングし、増幅した出力を用いて、(ACx+ACy+ACz1/2のピーク周期の逆数からは患者の呼吸数を検出することができ、前記zのAC成分ACzを10〜15Hz程度のバンドパスフィルタでフィルタリングし、増幅した出力のピーク周期の逆数からは患者の心拍数を検出することができる。 According to the above configuration, when the x-axis direction is the patient's left-right direction, the y-axis direction is the patient's height direction, and the z-axis direction is the patient's body thickness direction, x, obtained from the three-dimensional acceleration sensor Using each DC component DCx, DCz of z, from (DCx / (DCx 2 + DCz 2 ) 1/2 , DCz / (DCx 2 + DCz 2 ) 1/2 ), the patient's sleeping posture (from the leg side of the patient) Rotation around the height axis (y-axis)), and the AC components ACx, ACy, ACz of x, y, z are filtered by a low-pass filter of about 0.3 Hz, and the amplified output is used. , (ACx 2 + ACy 2 + ACz 2 ) The respiration rate of the patient can be detected from the reciprocal of the peak period of 1/2 , and the AC component ACz of z is filtered with a bandpass filter of about 10 to 15 Hz, The heart rate of the patient can be detected from the reciprocal of the peak period of the amplified output.

したがって、1台の加速度センサから、睡眠診断および/または睡眠時無呼吸検査に必要な生体の情報を得ることができ、患者からセンサの装着や計測の負担を低減することができるとともに、データ取得エラーの低減化に期待することができる。   Therefore, it is possible to obtain living body information necessary for sleep diagnosis and / or sleep apnea test from one acceleration sensor, reduce the burden of sensor mounting and measurement from the patient, and acquire data. It can be expected to reduce errors.

さらにまた、本発明に係る睡眠診断装置と睡眠時無呼吸検査装置との少なくとも一方の機能を実現する構成では、前記信号処理手段は、前記三次元の加速度センサから得られるx,y,zの各DC成分DCx,DCy,DCzの出力を用いて、(DCx +DCy +DCz 1/2 の合成値が所定の閾値を超えた回数を歩数として求め、DCzの成分で重力が検出できているかどうかから、患者が寝ているか起き上がっているかを判定することを特徴とする。 Furthermore, in the configuration for realizing at least one of the functions of the sleep diagnostic apparatus and the sleep apnea test apparatus according to the present invention , the signal processing means includes x, y, and z obtained from the three-dimensional acceleration sensor. Using the output of each DC component DCx, DCy, DCz , the number of times that the combined value of (DCx 2 + DCy 2 + DCz 2 ) 1/2 exceeds a predetermined threshold is obtained as the number of steps, and gravity can be detected by the DCz component. It is characterized by determining whether a patient is sleeping or getting up from whether it is .

上記の構成によれば、x軸方向を患者の左右方向とし、y軸方向を患者の身長方向とし、z軸方向を患者の体厚方向とするとき、三次元の加速度センサから得られるx,y,zの各DC成分DCx,DCy,DCzの出力を用いて、(DCx+DCy+DCz1/2の合成値が所定の閾値を超えた回数を歩数として求めることができる。また、DCzの成分で重力が検出できているかどうかで、検出できていれば患者が寝ており、検出できていなければ起き上がっている(座位)と判定することができる。 According to the above configuration, when the x-axis direction is the patient's left-right direction, the y-axis direction is the patient's height direction, and the z-axis direction is the patient's body thickness direction, x, obtained from the three-dimensional acceleration sensor Using the outputs of the DC components DCx, DCy, and DCz of y and z, the number of times that the combined value of (DCx 2 + DCy 2 + DCz 2 ) 1/2 exceeds a predetermined threshold can be obtained as the number of steps. Moreover, it can be determined that the patient is sleeping if it can be detected based on whether or not gravity can be detected with the component of DCz, and is standing up (sitting position) if not detected.

したがって、座位や歩行の多さから、眠りの質(きっちりと眠れているか)を診断することができ、座位や歩行状態でのデータを無呼吸診断のデータから除外することで、診断精度を向上することもできる。   Therefore, it is possible to diagnose the quality of sleep (whether you are sleeping properly) from the amount of sitting and walking, and the accuracy of diagnosis is improved by excluding the data in sitting position and walking state from the data of apnea diagnosis You can also

本発明に係る睡眠診断装置と睡眠時無呼吸検査装置との少なくとも一方の機能を実現する構成は、以上のように、三次元の加速度センサから得られるx,zの各DC成分DCx,DCzを用いて、(DCx/(DCx +DCz 1/2 ,DCz/(DCx +DCz 1/2 から患者の寝姿勢を検出し、前記x,y,zの各AC成分ACx,ACy,ACzをローパスフィルタでフィルタリングし、さらに増幅した出力を用いて、(ACx +ACy +ACz 1/2 のピーク周期の逆数から患者の呼吸数を検出し、前記zのAC成分ACzをバンドパスフィルタでフィルタリングし、さらに増幅した出力のピーク周期の逆数から患者の心拍数を検出する。 Configuration for realizing at least one of functions of the sleep diagnostic apparatus according to the present invention and sleep apnea test apparatus, as described above, x obtained from the acceleration sensor of the three-dimensional, the DC component DCx of z, the DCz The patient's sleeping posture is detected from (DCx / (DCx 2 + DCz 2 ) 1/2 , DCz / (DCx 2 + DCz 2 ) 1/2 ) , and the AC components ACx, ACy of the x, y, z are detected. , ACz is filtered by a low-pass filter, and the amplified output is used to detect the respiratory rate of the patient from the reciprocal of the peak period of (ACx 2 + ACy 2 + ACz 2 ) 1/2 , and the AC component ACz of z is banded The patient's heart rate is detected from the reciprocal of the peak period of the amplified output after filtering with a pass filter .

それゆえ、1台の加速度センサから、睡眠診断および/または睡眠時無呼吸検査に必要な生体の情報を得ることができ、患者からセンサの装着や計測の負担を低減することができるとともに、データ取得エラーの低減化に期待することができる。   Therefore, it is possible to obtain living body information necessary for sleep diagnosis and / or sleep apnea test from one acceleration sensor, and to reduce the burden of sensor mounting and measurement from the patient. This can be expected to reduce acquisition errors.

[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の一形態に係る睡眠時無呼吸検査装置1の電気的構成を示すブロック図である。この睡眠時無呼吸検査装置1は、患者の心拍数、呼吸数および寝姿勢を検出するために患者に装着するセンサとしては、三次元の加速度センサ2のみを用いる。前記加速度センサ2の出力の各x,y,z成分は、フィルタF1〜F3に共通に入力される。前記各フィルタF1〜F3の出力は、それぞれアンプA1〜A3において所望とするゲインで増幅され、アナログ/デジタル変換器AD1〜AD3においてデジタル値に変換された後、マイクロコンピュータおよびその周辺回路などを備えて構成される演算処理回路3へ入力される。前記アナログ/デジタル変換器AD1〜AD3および演算処理回路3は、前記センサ、アンプおよびフィルタの各出力を後述するようにして解析し、睡眠診断および/または睡眠時無呼吸検査に用いられるデータを作成する信号処理手段を構成する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a sleep apnea test apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The sleep apnea test apparatus 1 uses only the three-dimensional acceleration sensor 2 as a sensor to be attached to the patient in order to detect the heart rate, respiratory rate, and sleeping posture of the patient. Each x, y, z component of the output of the acceleration sensor 2 is input in common to the filters F1 to F3. The outputs of the filters F1 to F3 are amplified with desired gains in the amplifiers A1 to A3, converted into digital values in the analog / digital converters AD1 to AD3, and then provided with a microcomputer and its peripheral circuits. Is input to the arithmetic processing circuit 3 configured as described above. The analog / digital converters AD1 to AD3 and the arithmetic processing circuit 3 analyze the outputs of the sensors, amplifiers and filters as described later, and create data used for sleep diagnosis and / or sleep apnea test. The signal processing means is configured.

図2および図3は、前記加速度センサ2の取付け状態を示す図である。前記加速度センサ2は、図2において参照符号2aで示すように患者4の胸に、好ましくは患者4の左胸部心臓付近に、テープなどで貼付けられる。また好ましくは、図2において参照符号2bで示すように患者4の腹にも設けられることで、胸と腹との動きの位相差を計測することができる。取付け方向は、x軸方向を患者4の左右方向、y軸方向を患者4の身長方向、z軸方向を患者4の体厚方向としている。   2 and 3 are views showing a state where the acceleration sensor 2 is attached. The acceleration sensor 2 is affixed to the chest of the patient 4, preferably near the left chest heart of the patient 4 with a tape or the like as indicated by reference numeral 2 a in FIG. 2. In addition, preferably, as shown by reference numeral 2b in FIG. 2, it is also provided on the abdomen of the patient 4 so that the phase difference between the movements of the chest and the abdomen can be measured. As for the attachment direction, the x-axis direction is the left-right direction of the patient 4, the y-axis direction is the height direction of the patient 4, and the z-axis direction is the body thickness direction of the patient 4.

図4は、前記フィルタF1〜F3およびアンプA1〜A3の具体的構成を示すブロック図である。前記三次元の加速度センサ2からは、各成分の出力x,y,zに、参照用の出力refが出力される。各出力x,y,z,refの出力端は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサから成る加速度センサ2のバイアス用の高周波信号を除去するコンデンサCx1,Cy1,Cz1,Cr1を介して接地されている。たとえば、Cx1,Cy1,Cz1,Cr1=0.01μFである。   FIG. 4 is a block diagram showing a specific configuration of the filters F1 to F3 and the amplifiers A1 to A3. From the three-dimensional acceleration sensor 2, a reference output ref is output as the output x, y, z of each component. The output ends of the outputs x, y, z, and ref are grounded via capacitors Cx1, Cy1, Cz1, and Cr1 that remove high-frequency signals for bias of the acceleration sensor 2 that is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor. Yes. For example, Cx1, Cy1, Cz1, Cr1 = 0.01 μF.

前記出力x,zは、抵抗Rx1,Rz1を介して姿勢情報x,zとして出力され、前記アナログ/デジタル変換器AD1に入力される。したがって、前記フィルタF1はスルーフィルタであり、アンプA1のゲインは1であり、前記加速度センサ2の出力の殆どを占めるDC成分がそのまま出力されることになる。たとえば、Rx1,Rz1=1kΩである。   The outputs x and z are output as posture information x and z through resistors Rx1 and Rz1, and are input to the analog / digital converter AD1. Therefore, the filter F1 is a through filter, the gain of the amplifier A1 is 1, and the DC component that occupies most of the output of the acceleration sensor 2 is output as it is. For example, Rx1, Rz1 = 1 kΩ.

また、前記各出力x,y,zは、前記フィルタF2を構成する結合コンデンサCx2,Cy2,Cz2および入力抵抗Rx2,Ry2,Rz2を介して、前記アンプA2を構成するオペアンプOPx,OPy,OPzの反転入力端にそれぞれ入力される。このオペアンプOPx,OPy,OPzの非反転入力端には、前記出力refが、入力抵抗Rx3,Ry3,Rz3および平滑コンデンサCx3,Cy3,Cz3を介して入力されている。またこのオペアンプOPx,OPy,OPzの反転入力端には、それぞれの出力が、相互に並列の帰還抵抗Rx4,Ry4,Rz4および帰還コンデンサCx4,Cy4,Cz4を介して負帰還されている。オペアンプOPx,OPy,OPzの出力は、抵抗Rx5,Ry5,Rz5を介して、呼吸情報x,y,zとして出力され、前記アナログ/デジタル変換器AD2に入力される。たとえば、Cx2,Cy2,Cz2=100μFであり、Rx2,Ry2,Rz2=1kΩであり、Rx3,Ry3,Rz3=10kΩであり、Cx3,Cy3,Cz3=0.1μFであり、Rx4,Ry4,Rz4=300kΩであり、Cx4,Cy4,Cz4=0.1μFであり、Rx5,Ry5,Rz5=1kΩである。したがって、加速度センサ2の各出力x,y,zの内、前記DC成分に重畳する微小なAC成分の0.3Hz以下の成分が、300倍に増幅されて出力されることになり、前記フィルタF2はローパスフィルタとなる。   The outputs x, y, and z are output from operational amplifiers OPx, OPy, and OPz that constitute the amplifier A2 via coupling capacitors Cx2, Cy2, and Cz2 that constitute the filter F2, and input resistors Rx2, Ry2, and Rz2, respectively. Each is input to the inverting input terminal. The output ref is input to the non-inverting input terminals of the operational amplifiers OPx, OPy, OPz through input resistors Rx3, Ry3, Rz3 and smoothing capacitors Cx3, Cy3, Cz3. Further, the respective outputs of the operational amplifiers OPx, OPy, OPz are negatively fed back through feedback resistors Rx4, Ry4, Rz4 and feedback capacitors Cx4, Cy4, Cz4 in parallel with each other. The outputs of the operational amplifiers OPx, OPy, OPz are output as respiration information x, y, z via the resistors Rx5, Ry5, Rz5 and input to the analog / digital converter AD2. For example, Cx2, Cy2, Cz2 = 100 μF, Rx2, Ry2, Rz2 = 1 kΩ, Rx3, Ry3, Rz3 = 10 kΩ, Cx3, Cy3, Cz3 = 0.1 μF, and Rx4, Ry4, Rz4 = 300 kΩ, Cx4, Cy4, Cz4 = 0.1 μF, and Rx5, Ry5, Rz5 = 1 kΩ. Accordingly, among the outputs x, y, and z of the acceleration sensor 2, a minute AC component of 0.3 Hz or less superimposed on the DC component is amplified by 300 times and output, and the filter F2 is a low-pass filter.

さらにまた、前記出力zは、前記フィルタF3を構成する結合コンデンサCz20および入力抵抗Rz20を介して、前記アンプA3を構成するオペアンプOPz0の反転入力端に入力される。このオペアンプOPz0の非反転入力端には、前記出力refが、入力抵抗Rz30および平滑コンデンサCz30を介して入力されている。またこのオペアンプOPz0の反転入力端には、それぞれの出力が、相互に並列の帰還抵抗Rz40および帰還コンデンサCz40を介して負帰還されている。オペアンプOPz0の出力は、抵抗Rz50を介して、心拍情報として出力され、前記アナログ/デジタル変換器AD3に入力される。たとえば、Cz20=10μFであり、Rz20=1kΩであり、Rz30=10kΩであり、Cz30=0.1μFであり、Rz40=400kΩであり、Cz40=0.001μFであり、Rz50=1kΩである。したがって、加速度センサ2の出力zの内、前記DC成分に重畳する微小なAC成分の10〜15Hzの成分が、400倍に増幅されて出力されることになり、前記フィルタF3はバンドパスフィルタとなる。   Furthermore, the output z is input to the inverting input terminal of the operational amplifier OPz0 constituting the amplifier A3 via the coupling capacitor Cz20 and the input resistor Rz20 constituting the filter F3. The output ref is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OPz0 via the input resistor Rz30 and the smoothing capacitor Cz30. Further, the respective outputs of the operational amplifier OPz0 are negatively fed back via the feedback resistor Rz40 and the feedback capacitor Cz40 which are parallel to each other. The output of the operational amplifier OPz0 is output as heartbeat information via the resistor Rz50 and input to the analog / digital converter AD3. For example, Cz20 = 10 μF, Rz20 = 1 kΩ, Rz30 = 10 kΩ, Cz30 = 0.1 μF, Rz40 = 400 kΩ, Cz40 = 0.001 μF, and Rz50 = 1 kΩ. Therefore, among the output z of the acceleration sensor 2, a 10 to 15 Hz component of a minute AC component superimposed on the DC component is amplified by 400 times and output, and the filter F3 is a bandpass filter. Become.

したがって、上述の図4の構成を模式的に示せば、図5で示すようになる。なお、加速度センサ2の取付け方向は、上述に限らず、後段のフィルタF1〜F3およびアンプA1〜A3に対応していればよい。すなわち、出力xを結合コンデンサCz2,Cz20に入力するようになっていれば、患者4の体厚方向をx方向とすればよい。同様に、左右方向および上下方向も、これに合わせて設定されればよい。   Therefore, if the structure of the above-mentioned FIG. 4 is schematically shown, it is as shown in FIG. Note that the mounting direction of the acceleration sensor 2 is not limited to the above, and it is only necessary to correspond to the subsequent filters F1 to F3 and the amplifiers A1 to A3. That is, if the output x is input to the coupling capacitors Cz2 and Cz20, the body thickness direction of the patient 4 may be the x direction. Similarly, the left-right direction and the up-down direction may be set in accordance with this.

前記アナログ/デジタル変換器AD1〜AD3においてデジタル値に変換された上記のような入力信号は、演算処理回路3に取込まれ、デジタルフィルタ処理によってSNを向上させて使用される。   The above input signals converted into digital values by the analog / digital converters AD1 to AD3 are taken into the arithmetic processing circuit 3 and used by improving the SN by digital filter processing.

演算処理回路3は、フィルタF2およびアンプA2を介して入力された0.3Hz以下の呼吸情報x,y,zから、前記デジタルフィルタ処理によって0.2Hz近傍の信号を抽出し、得られた呼吸に基づく体動データが、該演算処理回路3内のデータベースに格納されている呼吸中の体動データと、無呼吸中の体動データとに比較され、患者4が呼吸状態か無呼吸状態かのどちらかを推定する。図6には、前記加速度センサ2からの出力x,y,zをフィルタF2およびアンプA2を通過させた信号波形の一例を実線で示し、前記演算処理回路3によるデジタルフィルタ処理後の信号波形の一例を破線で示している。また、各信号を合成した絶対値も示し、その絶対値の信号から演算処理回路3内で求めた呼吸数の変化の一例を図7で示している。   The arithmetic processing circuit 3 extracts a signal in the vicinity of 0.2 Hz by the digital filter processing from the respiration information x, y, z of 0.3 Hz or less input via the filter F2 and the amplifier A2, and the obtained respiration Is compared with the body motion data during breathing stored in the database in the arithmetic processing circuit 3 and the body motion data during apnea to determine whether the patient 4 is in a breathing state or an apnea state. Estimate either. FIG. 6 shows an example of a signal waveform obtained by passing the outputs x, y, and z from the acceleration sensor 2 through the filter F2 and the amplifier A2 by a solid line. The signal waveform after the digital filter processing by the arithmetic processing circuit 3 is shown in FIG. An example is shown by a broken line. Moreover, the absolute value which synthesize | combined each signal is also shown, and an example of the change of the respiration rate calculated | required in the arithmetic processing circuit 3 from the signal of the absolute value is shown in FIG.

さらに、加速度センサ2を、前記図2で示すように心臓付近と腹部とに配置し、計測した場合、無呼吸状態にある体動データから、以下の手順で、中枢性または閉塞性の判断を可能とする。すなわち、両部位の呼吸による体動データを比較すると、周期性のある動きの場合、動きの位相差は2階微分値に当たる加速度値間でも維持されるので、直接両者の相互相関関数を計算することが可能である。これにより、動きの位相差の算出が可能となる。位相差が予め定める閾値以上の場合、その無呼吸状態が、前記データベースに格納されている中枢性と梗塞性との位相差のデータとの比較によって、無呼吸のタイプを推定することが可能である(前記図7は心臓付近と腹部とのデータを示しているが、健常者のデータである)。   Further, when the acceleration sensor 2 is arranged in the vicinity of the heart and the abdomen as shown in FIG. 2 and measured, the determination of centrality or obstruction is made from the body motion data in the apnea state by the following procedure. Make it possible. That is, when comparing body movement data from breathing in both parts, in the case of periodic movement, the phase difference of movement is maintained even between acceleration values corresponding to second-order differential values, so the cross-correlation function of both is directly calculated. It is possible. Thereby, it is possible to calculate the phase difference of motion. If the phase difference is greater than or equal to a predetermined threshold, the apnea type can be estimated by comparing the apnea state with the data on the phase difference between central and infarct stored in the database. Yes (FIG. 7 shows data of the vicinity of the heart and the abdomen, but is data of a healthy person).

同様に、演算処理回路3は、フィルタF3およびアンプA3を介して入力された10〜15Hz付近の心拍情報から、前記デジタルフィルタ処理によって1Hz付近の心拍信号を抽出し、得られた心拍信号のピークが分ると、そこからR−R間隔などの情報を得ることが可能となる。図8には、前記加速度センサ2からの出力zをフィルタF3およびアンプA3を通過させた信号波形の一例と、前記演算処理回路3によるデジタルフィルタ処理後のピークホールドした信号波形の一例とを示している。また、その信号から演算処理回路3内で求めた心拍数の変化の一例を図9で示している。   Similarly, the arithmetic processing circuit 3 extracts a heartbeat signal around 1 Hz from the heartbeat information around 10 to 15 Hz inputted through the filter F3 and the amplifier A3 by the digital filter processing, and the peak of the obtained heartbeat signal is obtained. As a result, information such as the RR interval can be obtained therefrom. FIG. 8 shows an example of a signal waveform obtained by passing the output z from the acceleration sensor 2 through the filter F3 and the amplifier A3, and an example of a peak-held signal waveform after the digital filter processing by the arithmetic processing circuit 3. ing. Further, FIG. 9 shows an example of a change in heart rate obtained in the arithmetic processing circuit 3 from the signal.

さらにまた、演算処理回路3は、抵抗Rx1,Rz1を介して入力されたDC成分から、体動データの静的な情報を抽出する。図10には、前記抵抗Rx1,Rz1を介する加速度センサ2からの出力x,zの信号波形の一例と、その信号から演算処理回路3内で求めた寝姿勢変化の一例を示している。また図10には、加速度センサ2からの出力yも示しているが、体軸(y軸)回りの姿勢変化であるので、この出力yは殆ど変化せず、左右方向の出力xおよび前後方向の出力zが、寝姿勢を変化させる際に変化していることが理解される。このため、前記出力yは、寝姿勢の変化を検出するためには取込んでいない。   Furthermore, the arithmetic processing circuit 3 extracts static information of body movement data from the DC component input via the resistors Rx1 and Rz1. FIG. 10 shows an example of signal waveforms of outputs x and z from the acceleration sensor 2 via the resistors Rx1 and Rz1, and an example of a sleeping posture change obtained in the arithmetic processing circuit 3 from the signals. FIG. 10 also shows the output y from the acceleration sensor 2, but since this is a posture change around the body axis (y-axis), this output y hardly changes, and the left-right output x and the front-rear direction It is understood that the output z changes when the sleeping posture is changed. For this reason, the output y is not captured in order to detect a change in sleeping posture.

以下に、寝姿勢、呼吸数および心拍数の解析方法を具体的に説明する。先ず寝姿勢については、前記演算処理回路3は、100msec毎に、x,zの各DC成分DCx,DCzを取込み、(DCx/(DCx+DCz1/2,DCz/(DCx+DCz1/2)を求め、前記図10で示す寝姿勢変化のグラフにおいて、x軸方向に各サンプリングタイミングtを取り、y軸方向に患者4の体軸(y軸)回りの姿勢を取り、(t,0)を始点として、求めた値(DCx/(DCx+DCz1/2,DCz/(DCx+DCz1/2)を終点とするベクトルで表す。 Hereinafter, a method for analyzing the sleeping posture, the respiratory rate, and the heart rate will be described in detail. First, regarding the sleeping posture, the arithmetic processing circuit 3 takes in the DC components DCx and DCz of x and z every 100 msec to obtain (DCx / (DCx 2 + DCz 2 ) 1/2 , DCz / (DCx 2 + DCz 2). ) 1/2 ), and in the sleeping posture change graph shown in FIG. 10, each sampling timing t is taken in the x-axis direction, and the posture around the body axis (y-axis) of the patient 4 is taken in the y-axis direction. It is represented by a vector having (t, 0) as a start point and the obtained values (DCx / (DCx 2 + DCz 2 ) 1/2 , DCz / (DCx 2 + DCz 2 ) 1/2 ) as an end point.

次に、呼吸数については、図11で示すように、前記演算処理回路3は、先ずステップS1で、タイミングを表す変数iを1に初期化し、以降100msec毎に、ステップS2で、x,y,zの各AC成分ACx,ACy,ACzを取込み、(ACx+ACy+ACz1/2を求める。これを絶対値Biとする。 Next, with respect to the respiratory rate, as shown in FIG. 11, the arithmetic processing circuit 3 first initializes a variable i representing timing to 1 in step S1, and thereafter, every 100 msec, in step S2, x, y , Z, and AC components ACx, ACy, ACz, and (ACx 2 + ACy 2 + ACz 2 ) 1/2 are obtained. This is the absolute value Bi.

続いてステップS3では、予め定める以前のサンプリング数のデータに亘る移動平均値Bmeanが更新され、ステップS4では、その平均値Bmeanが前記絶対値Biから減算されてゼロ点シフトが行われる。これを補正値B0iとする。ステップS5では、前記補正値B0iに対して0.3Hzのローパスフィルタ処理が行われ、これをフィルタリング値BFiとする。   Subsequently, in step S3, the moving average value Bmean over the data of the previous sampling number is updated, and in step S4, the average value Bmean is subtracted from the absolute value Bi to perform zero point shift. This is set as a correction value B0i. In step S5, a low-pass filter process of 0.3 Hz is performed on the correction value B0i, and this is set as a filtering value BFi.

上述のようにステップS2〜S5でフィルタリング処理が行われると、ステップS11では、予め定める以前のサンプリング数のデータに亘る標準偏差Bσが更新され、ステップS12では、その標準偏差Bσが予め定める閾値Thに加算されて閾値BThが求められる。   When the filtering process is performed in steps S2 to S5 as described above, in step S11, the standard deviation Bσ over the data of the predetermined number of samplings is updated, and in step S12, the standard deviation Bσ is determined as a predetermined threshold Th. Is added to the threshold value BTh.

ステップS13では、今回のフィルタリング値BFiが前記閾値BThを超えているか否かが判断され、超えている場合にはさらにステップS14で、前回のフィルタリング値BFi−1と比較され、超えている場合にはステップS15で、ピーク値BPが今回のフィルタリング値BFiに更新され、さらにステップS16でピーク値BPが存在することを表すフラグFが1にセットされる。前記ステップS13において今回のフィルタリング値BFiが前記閾値BTh以下である場合および前記ステップS16からはステップS17に移り、前記変数iに1が加算されて前記ステップS2に戻り、次の加速度の計測値が取込まれる。   In step S13, it is determined whether or not the current filtering value BFi exceeds the threshold value BTh. If it exceeds the threshold value BTh, it is further compared with the previous filtering value BFi-1 in step S14. In step S15, the peak value BP is updated to the current filtering value BFi, and in step S16, a flag F indicating that the peak value BP exists is set to 1. When the current filtering value BFi is less than or equal to the threshold value BTh in step S13 and from step S16, the process proceeds to step S17, 1 is added to the variable i, the process returns to step S2, and the next measured acceleration value is obtained. It is taken in.

一方、前記ステップS14において今回のフィルタリング値BFiが前回のフィルタリング値BFi−1以下である場合にはステップS18に移り、前記フラグFが1にセットされているか否かが判断され、セットされていない場合には単調に加速度が減少しているものと判断して前記ステップS17からステップS2に戻り、次の加速度の計測値が取込まれる。   On the other hand, if the current filtering value BFi is equal to or lower than the previous filtering value BFi-1 in step S14, the process proceeds to step S18, where it is determined whether or not the flag F is set to 1, and is not set. In this case, it is determined that the acceleration is monotonously decreasing, and the process returns from step S17 to step S2, and the next measured value of acceleration is taken in.

これに対して、前記ステップS18において前記フラグFが1にセットされている場合には、既に加速度のピークが検出された後減少しているものと判断し、ステップS19では前記ピーク値BPが検出されたタイミングBτ(k)が取込まれ、ステップS20では、前回のピーク値BPが検出されたタイミングBτ(k−1)からの周期BT(k)が求められる。さらにステップS21で前記周期BT(k)の逆数を求めることで、今回の1分間当りの呼吸数Bf(k)が求められた後、前記ステップS1に戻って次のピーク検出が行われる。   On the other hand, if the flag F is set to 1 in step S18, it is determined that the acceleration peak has already been detected and then decreased, and in step S19, the peak value BP is detected. In step S20, the cycle BT (k) from the timing Bτ (k−1) at which the previous peak value BP was detected is obtained. In step S21, the reciprocal number of the cycle BT (k) is obtained to obtain the current respiratory rate Bf (k) per minute, and then the process returns to step S1 to perform the next peak detection.

また、図12は、心拍数の解析方法を説明するためのフローチャートである。この図12の解析方法は、前述の図11で示す呼吸数の解析方法に類似し、対応する部分には同一のステップ番号に添字aを付して示す。前記演算処理回路3は、先ずステップS1aで、タイミングを表す変数iを1に初期化し、以降5msec毎に、ステップS2aで、AC成分ACzを取込み、これを今回の値Hiとする。   FIG. 12 is a flowchart for explaining a heart rate analysis method. The analysis method of FIG. 12 is similar to the respiration rate analysis method shown in FIG. 11 described above, and the corresponding parts are indicated by adding the suffix a to the same step number. The arithmetic processing circuit 3 first initializes a variable i representing timing to 1 in step S1a, and thereafter takes in the AC component ACz in step S2a every 5 msec, and sets this as the current value Hi.

ステップS3aでは、予め定める以前のサンプリング数のデータに亘る移動平均値Hmeanが更新され、ステップS4aでは、その平均値Hmeanが前記値Hiから減算されてゼロ点シフトが行われる。これを補正値H0iとする。ステップS5aでは、前記補正値H0iに対して10Hzのローパスフィルタ処理が行われ、これをフィルタリング値HFiとする。   In step S3a, the moving average value Hmean over the data of the previous sampling number is updated. In step S4a, the average value Hmean is subtracted from the value Hi, and a zero point shift is performed. This is set as a correction value H0i. In step S5a, a 10 Hz low-pass filter process is performed on the correction value H0i, which is set as a filtering value HFi.

この図12で示す心拍数の解析では、さらにステップS6で、前記値Hiからフィルタリング値HFiが減算されて、結果として10Hz以上のハイパスフィルタ処理されたフィルタリング値HFi’が求められる。ステップS7aでは、前記フィルタリング値HFi’に対して15Hzのローパスフィルタ処理が行われ、こうしてバンドパスフィルタ処理された結果をフィルタリング値HFi''とする。   In the heart rate analysis shown in FIG. 12, the filtered value HFi is further subtracted from the value Hi in step S6, and as a result, a filtered value HFi 'subjected to high-pass filtering of 10 Hz or more is obtained. In step S7a, a 15 Hz low-pass filter process is performed on the filtering value HFi ', and the result of the band-pass filtering process is set as a filtering value HFi' '.

上述のようにステップS2a〜S7でフィルタリング処理が行われると、ステップS11aでは、予め定める以前のサンプリング数のデータに亘る標準偏差Hσが更新され、ステップS12aでは、その標準偏差Hσが予め定める閾値Thに加算されて閾値HThが求められる。   When the filtering process is performed in steps S2a to S7 as described above, in step S11a, the standard deviation Hσ over the data of the previous sampling number is updated, and in step S12a, the standard deviation Hσ is determined as the predetermined threshold Th. Is added to the threshold value HTh.

ステップS13aでは、今回のフィルタリング値HFi''が前記閾値HThを超えているか否かが判断され、超えている場合にはさらにステップS14aで、前回のフィルタリング値HFi−1''と比較され、超えている場合にはステップS15aで、ピーク値HPが今回のフィルタリング値HFi''に更新され、さらにステップS16aでピーク値HPが存在することを表すフラグFが1にセットされる。前記ステップS13aにおいて今回のフィルタリング値HFi''が前記閾値HTh以下である場合および前記ステップS16aからはステップS17aに移り、前記変数iに1が加算されて前記ステップS2aに戻り、次の加速度の計測値が取込まれる。   In step S13a, it is determined whether or not the current filtering value HFi '' exceeds the threshold value HTh. If it is exceeded, it is further compared with the previous filtering value HFi-1 '' in step S14a. In step S15a, the peak value HP is updated to the current filtering value HFi '', and a flag F indicating that the peak value HP exists is set to 1 in step S16a. When the current filtering value HFi ″ is less than or equal to the threshold value HTh in step S13a, the process proceeds from step S16a to step S17a, 1 is added to the variable i, the process returns to step S2a, and the next acceleration is measured. Value is taken in.

一方、前記ステップS14aにおいて今回のフィルタリング値HFi''が前回のフィルタリング値HFi−1''以下である場合にはステップS18aに移り、前記フラグFが1にセットされているか否かが判断され、セットされていない場合には単調に加速度が減少しているものと判断して前記ステップS17aからステップS2aに戻り、次の加速度の計測値が取込まれる。   On the other hand, if the current filtering value HFi '' is less than or equal to the previous filtering value HFi-1 '' in step S14a, the process proceeds to step S18a, and it is determined whether or not the flag F is set to 1. If it is not set, it is determined that the acceleration is monotonously decreasing, and the process returns from step S17a to step S2a, and the next measured value of acceleration is taken in.

これに対して、前記ステップS18aにおいて前記フラグFが1にセットされている場合には、既に加速度のピークが検出された後減少しているものと判断し、ステップS19aでは前記ピーク値HPが検出されたタイミングHτ(k)が取込まれ、ステップS20aでは、前回のピーク値HPが検出されたタイミングHτ(k−1)からの周期HT(k)が求められる。さらにステップS21aで前記周期HT(k)の逆数を求めることで、今回の1分間当りの心拍数Hf(k)が求められた後、前記ステップS1aに戻って次のピーク検出が行われる。   On the other hand, if the flag F is set to 1 in step S18a, it is determined that the acceleration peak has already been detected and then decreased, and in step S19a, the peak value HP is detected. In step S20a, the cycle HT (k) from the timing Hτ (k-1) at which the previous peak value HP was detected is obtained. Further, after obtaining the current heart rate Hf (k) per minute by obtaining the reciprocal of the period HT (k) in step S21a, the process returns to step S1a to perform the next peak detection.

このように加速度センサ2において2軸以上の加速度値をセンシングすることで、重力加速度成分から寝姿勢の判定が可能となり、さらに3軸に次元を増やし、フィルタリングおよび適宜増幅することで、呼吸データおよび心拍データを得てそれらの相関付けが可能となり、1台の加速度センサ2から、睡眠診断および/または睡眠時無呼吸検査に必要な生体の情報を得ることができ、患者4から加速度センサ2の装着や計測の負担を低減することができるとともに、データ取得エラーの低減化に期待することができる。   Thus, by sensing acceleration values of two or more axes in the acceleration sensor 2, it becomes possible to determine the sleeping posture from the gravitational acceleration component, and further increasing the dimension to three axes, filtering and appropriately amplifying the respiratory data and Heart rate data can be obtained and correlated, and information on a living body necessary for sleep diagnosis and / or sleep apnea test can be obtained from one acceleration sensor 2. The burden of mounting and measurement can be reduced, and it can be expected to reduce data acquisition errors.

[実施の形態2]
図13は、本発明の実施の他の形態に係る睡眠時無呼吸検査装置31の電気的構成を示すブロック図である。この睡眠時無呼吸検査装置31は、上述の睡眠時無呼吸検査装置1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。この睡眠時無呼吸検査装置31は、上述の睡眠時無呼吸検査装置1同様の三次元の加速度センサ2のみを用い、注目すべきは、患者の起き上がり、立ち上がりおよび歩行を検出することである。このため、前記加速度センサ2の出力の各x,y,z成分をフィルタF11からアンプA11によって取込み、アナログ/デジタル変換器AD11においてデジタル値に変換した後、演算処理回路3aに入力する。
[Embodiment 2]
FIG. 13 is a block diagram showing an electrical configuration of a sleep apnea test apparatus 31 according to another embodiment of the present invention. The sleep apnea test apparatus 31 is similar to the sleep apnea test apparatus 1 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. This sleep apnea test apparatus 31 uses only the three-dimensional acceleration sensor 2 similar to the sleep apnea test apparatus 1 described above, and it should be noted that the patient's rising, rising and walking are detected. For this reason, each x, y, z component of the output of the acceleration sensor 2 is taken in by the amplifier A11 from the filter F11, converted into a digital value by the analog / digital converter AD11, and then input to the arithmetic processing circuit 3a.

図14は、前記フィルタF1〜F3,F11およびアンプA1〜A3,A11の具体的構成を示すブロック図である。加速度センサ2の出力x,y,zはまた、抵抗Rx11,Ry11,Rz11を介して歩行情報x,y,zとして出力され、前記アナログ/デジタル変換器AD11に入力される。したがって、前記フィルタF11はスルーフィルタであり、アンプA11のゲインは1であり、前記加速度センサ2の出力の殆どを占めるDC成分がそのまま出力されることになる。たとえば、Rx11,Ry11,Rz11=1kΩである。   FIG. 14 is a block diagram showing a specific configuration of the filters F1 to F3 and F11 and the amplifiers A1 to A3 and A11. The outputs x, y, and z of the acceleration sensor 2 are also output as walking information x, y, and z through the resistors Rx11, Ry11, and Rz11 and input to the analog / digital converter AD11. Therefore, the filter F11 is a through filter, the gain of the amplifier A11 is 1, and the DC component that occupies most of the output of the acceleration sensor 2 is output as it is. For example, Rx11, Ry11, Rz11 = 1 kΩ.

この図14の構成を模式的に示せば、図15で示すようになる。演算処理回路3aは、抵抗Rx11,Ry11,Rz11を介して入力されたDC成分から、体動データを抽出する。図16には、前記抵抗Rx11,Ry11,Rz11を介する加速度センサ2からの出力x,y,zの信号波形の一例と、その信号から演算処理回路3a内で求めた体動の一例を示している。この図16の例は、前記アナログ/デジタル変換器AD11が、加速度センサ2の出力を、10ビット、すなわち1024階調で取り込んでいる例を示し、縦軸がこれを表し、したがって中間の512レベルが0レベルとなっている。また、横軸は時間で、単位は100msecである。   If the structure of this FIG. 14 is shown typically, it will come to show in FIG. The arithmetic processing circuit 3a extracts body motion data from the DC component input via the resistors Rx11, Ry11, Rz11. FIG. 16 shows an example of signal waveforms of outputs x, y, and z from the acceleration sensor 2 via the resistors Rx11, Ry11, and Rz11, and an example of body movement obtained from the signals in the arithmetic processing circuit 3a. Yes. The example of FIG. 16 shows an example in which the analog / digital converter AD11 captures the output of the acceleration sensor 2 with 10 bits, that is, 1024 gradations, and the vertical axis represents this, and therefore, the intermediate 512 level. Is at 0 level. The horizontal axis is time, and the unit is 100 msec.

ここで、前後方向の出力zは、それで重力が検出されていると患者が寝ているものと判定することができ、重力が検出されなくなると、起き上がっている(座位)または立上がっていると判断することができ、後に詳述するように、診断データの選択に用いることができる。図16では、1G当たり125レベル程度に相当しているので、「仰向け」から「ベッド座位」にかけて、z,yのDC成分DCz,DCyに1Gの変化が生じていることが理解される。こうして、前述の図10と同様に、加速度センサ2からのx,zのDC成分DCx,DCzから、寝姿勢の変化や、起き上がったことを判定することができる。   Here, the output z in the front-rear direction can be determined that the patient is sleeping if gravity is detected. If the gravity is not detected, the output z is raised (sitting) or standing. And can be used to select diagnostic data, as will be described in detail later. In FIG. 16, since it corresponds to about 125 levels per 1G, it is understood that a 1G change occurs in the DC components DCz and DCy of z and y from “backward” to “bed sitting”. In this way, as in the case of FIG. 10 described above, it is possible to determine the change in the sleeping posture or the rising from the DC components DCx and DCz of x and z from the acceleration sensor 2.

また、そこへyのDC成分DCyを加えると、歩行していることを判定可能になる。歩行による加速度の変動は、呼吸や心拍によるものに比べ、非常に大きいので、前述のように、図13における前記フィルタF11はスルーフィルタとし、アンプA11もゲイン1とすることができる。   Further, if a DC component DCy of y is added thereto, it can be determined that the user is walking. Since the change in acceleration due to walking is much larger than that due to breathing and heartbeat, as described above, the filter F11 in FIG. 13 can be a through filter, and the amplifier A11 can also have a gain of 1.

そして、各DC成分DCx,DCy,DCzを用いて、図15で示すように、歩行成分抽出部32が、(DCx+DCy+DCz1/2の合成値を歩行成分として抽出し、ピーク計測部33が、所定の閾値を超えた回数を歩数として求める。ここで、加速度センサ2がDC成分を検出可能な場合、歩行していなくても、重力加速度1Gが、前記合成値となり、歩行していても、前記1Gが必ず合成値に含まれることになる。したがって、前記ピーク計測部33が1歩と判定するには、前記閾値は、たとえば2Gに設定される。これによって、オフセットとなる重力加速度の影響を除去して、体動だけを検出することができる。 Then, using each DC component DCx, DCy, DCz, as shown in FIG. 15, the walking component extraction unit 32 extracts a composite value of (DCx 2 + DCy 2 + DCz 2 ) 1/2 as a walking component, and peaks. The measurement unit 33 obtains the number of steps that exceeds a predetermined threshold as the number of steps. Here, when the acceleration sensor 2 can detect the DC component, the gravitational acceleration 1G becomes the composite value even if the user is not walking, and the 1G is always included in the composite value even if the user is walking. . Therefore, in order for the peak measurement unit 33 to determine one step, the threshold is set to 2G, for example. As a result, it is possible to detect only the body movement by removing the influence of the gravitational acceleration as an offset.

図17に、yのDC成分DCyの変化の一例を示す。寝ている状態では、参照符号γ1で示すように、該yのDC成分DCyは殆ど0であり、起き上がると、参照符号γ2で示すように前記重力加速度分のオフセットが発生する。そして、歩行すると、前記γ2を中心として、周期的に加速度が上下する。ピーク計測部33は、その周期的なピークが現れていると歩行していると判定することができ、そのピークの個数をカウントすることで、歩数をカウントすることができる。前記ピークの判定は、前述の図11で示す呼吸数の判定や、図12の心拍数の判定と同様に、フラグを用いて行うことができる。   FIG. 17 shows an example of a change in the DC component DCy of y. In the sleeping state, as indicated by reference symbol γ1, the DC component DCy of y is almost 0, and when it rises, an offset corresponding to the gravitational acceleration occurs as indicated by reference symbol γ2. Then, when walking, the acceleration periodically rises and falls around γ2. The peak measurement part 33 can determine that it is walking when the periodic peak appears, and can count the number of steps by counting the number of the peaks. The determination of the peak can be performed using a flag as in the determination of the respiration rate shown in FIG. 11 and the determination of the heart rate in FIG.

これによって、従来は問診によってしか得られなかったトイレの回数や起き上がった回数などのデータを正確に得ることができ、座位や歩行の多さから、熟睡できているのか否か、睡眠の質をトータルで把握することができる。   This makes it possible to accurately obtain data such as the number of toilets and the number of times people have been woken up, which can only be obtained through an interview, and the quality of sleep can be determined based on the number of sitting positions and walking. It can be grasped in total.

また、図18で示すように、座位や歩行状態でのデータを無呼吸診断のデータから除外することで、診断精度を向上することもできる。図18は、前記図8で示す呼吸のデータが、歩行するとどのように変化するかを示したものであり、座位や歩行状態でのデータは、診断から除外される。すなわち、図18では、「仰向け」「左横向け」と示された区間のデータだけが診断に用いられる。このように座位や歩行状態であることを診断へフィードバックすることで、より正確な診断を行うことができる。   In addition, as shown in FIG. 18, the diagnosis accuracy can be improved by excluding the data in the sitting position or the walking state from the data of the apnea diagnosis. FIG. 18 shows how the breathing data shown in FIG. 8 changes when walking, and the data in the sitting position or walking state is excluded from the diagnosis. That is, in FIG. 18, only data in the sections indicated as “backward” and “leftward” are used for diagnosis. Thus, a more accurate diagnosis can be performed by feeding back to the diagnosis that the patient is sitting or walking.

図18も、前述の図16と同様に、前記アナログ/デジタル変換器AD2が、加速度センサ2の出力を、10ビット、すなわち1024階調で取り込んでいる例を示し、縦軸がこれを表し、したがって中間の512レベルが0レベルとなっている。また、横軸は時間で、単位は100msecである。ただし、この呼吸のデータは、前記アンプA2によって300倍に増幅されており、前述の図16と異なり、部分的に飽和している。   FIG. 18 also shows an example in which the analog / digital converter AD2 takes in the output of the acceleration sensor 2 in 10 bits, that is, 1024 gradations, and the vertical axis represents this, as in FIG. Therefore, the intermediate 512 level is 0 level. The horizontal axis is time, and the unit is 100 msec. However, this respiration data is amplified 300 times by the amplifier A2, and is partially saturated unlike the above-described FIG.

本発明の実施の一形態に係る睡眠時無呼吸検査装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical constitution of the sleep apnea inspection apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 加速度センサの取付け状態を示す模式的な側面図である。It is a typical side view which shows the attachment state of an acceleration sensor. 加速度センサの取付け状態を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows the attachment state of an acceleration sensor. 図1で示す睡眠時無呼吸検査装置におけるフィルタおよびアンプの具体的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structure of the filter and amplifier in the sleep apnea test | inspection apparatus shown in FIG. 図4の構成を模式的に示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram schematically showing the configuration of FIG. 4. 加速度センサからの出力をローパスフィルタおよびアンプを通過させた信号波形ならびにそれをデジタルフィルタ処理した信号波形の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the signal waveform which passed the low-pass filter and the amplifier from the output from an acceleration sensor, and the signal waveform which digitally processed it. 図6で示す波形から求めた呼吸数の変化の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the change of the respiration rate calculated | required from the waveform shown in FIG. 加速度センサからの出力をバンドパスフィルタおよびアンプを通過させた信号波形およびそれをデジタルフィルタ処理した信号波形の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the signal waveform which passed the band-pass filter and the amplifier the output from an acceleration sensor, and the digital filter process of it. 図6で示す波形から求めた心拍数の変化の一例を示す波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram showing an example of a change in heart rate obtained from the waveform shown in FIG. 6. 加速度センサからのDC成分出力の信号波形の一例と、その信号から求めた寝姿勢変化の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the signal waveform of the DC component output from an acceleration sensor, and an example of the sleeping posture change calculated | required from the signal. 呼吸数の解析方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the analysis method of a respiration rate. 心拍数の解析方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the analysis method of a heart rate. 本発明の実施の他の形態に係る睡眠時無呼吸検査装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of the sleep apnea test | inspection apparatus which concerns on the other form of implementation of this invention. 図13で示す睡眠時無呼吸検査装置におけるフィルタおよびアンプの具体的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structure of the filter and amplifier in the sleep apnea test | inspection apparatus shown in FIG. 図14の構成を模式的に示すブロック図である。FIG. 15 is a block diagram schematically showing the configuration of FIG. 14. 加速度センサからのDC成分出力の信号波形の一例と、その信号から求めた体動の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the signal waveform of the DC component output from an acceleration sensor, and an example of the body movement calculated | required from the signal. 歩行時における前記加速度センサからのDCy成分の波形図である。It is a wave form diagram of the DCy component from the said acceleration sensor at the time of a walk. 前記図8で示す呼吸のデータが、歩行するとどのように変化するかを示す波形図である。FIG. 9 is a waveform diagram showing how the breathing data shown in FIG. 8 changes when walking.

符号の説明Explanation of symbols

1,31 睡眠時無呼吸検査装置
2 加速度センサ
3,3a 演算処理回路
4 患者
32 歩行成分抽出部
33 ピーク計測部
A1〜A3,A11 アンプ
AD1〜AD3,AD11 アナログ/デジタル変換器
F1〜F3,F11 フィルタ
OPx,OPy,OPz,OPz0 オペアンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,31 Sleep apnea test apparatus 2 Acceleration sensor 3, 3a Arithmetic processing circuit 4 Patient 32 Walking component extraction part 33 Peak measurement part A1-A3, A11 Amplifier AD1-AD3, AD11 Analog / digital converter F1-F3, F11 Filter OPx, OPy, OPz, OPz0 Operational amplifier

Claims (6)

三次元の加速度センサと、
前記加速度センサの出力をフィルタリングするローパスフィルタおよびバンドパスフィルタと、
前記加速度センサの出力を所望とするゲインで増幅するアンプと、
x軸方向を患者の左右方向とし、y軸方向を患者の身長方向とし、z軸方向を患者の体厚方向とするとき、前記三次元の加速度センサから得られるx,zの各DC成分DCx,DCzから患者の寝姿勢を検出し、前記x,y,zの各AC成分ACx,ACy,ACzを前記ローパスフィルタでフィルタリングし、さらに前記アンプで増幅した出力から患者の呼吸数を検出し、前記zのAC成分ACzを前記バンドパスフィルタでフィルタリングし、さらに前記アンプで増幅した出力から患者の心拍数を検出する信号処理手段とを含むことを特徴とする睡眠診断装置。
A three-dimensional acceleration sensor,
A low-pass filter and a band-pass filter for filtering the output of the acceleration sensor;
An amplifier that amplifies the output of the acceleration sensor with a desired gain;
When the x-axis direction is the patient's left-right direction, the y-axis direction is the patient's height direction, and the z-axis direction is the patient's body thickness direction, the x and z DC components DCx obtained from the three-dimensional acceleration sensor , DCz is detected from the patient's sleeping posture, each x, y, z AC component ACx, ACy, ACz is filtered by the low-pass filter, and the patient's respiratory rate is detected from the output amplified by the amplifier, A sleep diagnosis apparatus comprising: signal processing means for filtering the AC component ACz of z with the band-pass filter and detecting a heart rate of a patient from an output amplified by the amplifier .
三次元の加速度センサと、A three-dimensional acceleration sensor,
前記加速度センサの出力をフィルタリングするローパスフィルタおよびバンドパスフィルタと、A low-pass filter and a band-pass filter for filtering the output of the acceleration sensor;
前記加速度センサの出力を所望とするゲインで増幅するアンプと、An amplifier that amplifies the output of the acceleration sensor with a desired gain;
x軸方向を患者の左右方向とし、y軸方向を患者の身長方向とし、z軸方向を患者の体厚方向とするとき、前記三次元の加速度センサから得られるx,zの各DC成分DCx,DCzを用いて、(DCx/(DCxWhen the x-axis direction is the patient's left-right direction, the y-axis direction is the patient's height direction, and the z-axis direction is the patient's body thickness direction, the x and z DC components DCx obtained from the three-dimensional acceleration sensor , DCz, (DCx / (DCx 2 +DCz+ DCz 2 ) 1/21/2 ,DCz/(DCx, DCz / (DCx 2 +DCz+ DCz 2 ) 1/21/2 )から患者の寝姿勢を検出し、前記x,y,zの各AC成分ACx,ACy,ACzを前記ローパスフィルタでフィルタリングし、さらに前記アンプで増幅した出力を用いて、(ACx), The patient's sleeping posture is detected, and the AC components ACx, ACy, ACz of x, y, z are filtered by the low-pass filter, and further, the output amplified by the amplifier is used (ACx 2 +ACy+ ACy 2 +ACz+ ACz 2 ) 1/21/2 のピーク周期の逆数から患者の呼吸数を検出し、前記zのAC成分ACzを前記バンドパスフィルタでフィルタリングし、さらに前記アンプで増幅した出力のピーク周期の逆数から患者の心拍数を検出する信号処理手段とを含むことを特徴とする睡眠診断装置。A signal for detecting a patient's respiration rate from the reciprocal of the peak period, filtering the AC component ACz of z with the band-pass filter, and further detecting the heart rate of the patient from the reciprocal of the peak period of the output amplified by the amplifier And a sleep diagnostic apparatus.
前記信号処理手段は、前記三次元の加速度センサから得られるx,y,zの各DC成分DCx,DCy,DCzの出力を用いて、(DCx +DCy +DCz 1/2 の合成値が所定の閾値を超えた回数を歩数として求め、DCzの成分で重力が検出できているかどうかから、患者が寝ているか起き上がっているかを判定することを特徴とする請求項1または2記載の睡眠診断装置。 The signal processing means uses the outputs of the DC components DCx, DCy, DCz of x, y, z obtained from the three-dimensional acceleration sensor, and a combined value of (DCx 2 + DCy 2 + DCz 2 ) 1/2 is obtained. The sleep diagnosis according to claim 1 or 2 , wherein the number of steps exceeding a predetermined threshold is obtained as the number of steps, and whether the patient is sleeping or rising is determined from whether or not gravity can be detected by a component of DCz. apparatus. 三次元の加速度センサと、A three-dimensional acceleration sensor,
前記加速度センサの出力をフィルタリングするローパスフィルタおよびバンドパスフィルタと、A low-pass filter and a band-pass filter for filtering the output of the acceleration sensor;
前記加速度センサの出力を所望とするゲインで増幅するアンプと、An amplifier that amplifies the output of the acceleration sensor with a desired gain;
x軸方向を患者の左右方向とし、y軸方向を患者の身長方向とし、z軸方向を患者の体厚方向とするとき、前記三次元の加速度センサから得られるx,zの各DC成分DCx,DCzから患者の寝姿勢を検出し、前記x,y,zの各AC成分ACx,ACy,ACzを前記ローパスフィルタでフィルタリングし、さらに前記アンプで増幅した出力から患者の呼吸数を検出し、前記zのAC成分ACzを前記バンドパスフィルタでフィルタリングし、さらに前記アンプで増幅した出力から患者の心拍数を検出する信号処理手段とを含むことを特徴とする睡眠時無呼吸検査装置。When the x-axis direction is the patient's left-right direction, the y-axis direction is the patient's height direction, and the z-axis direction is the patient's body thickness direction, the x and z DC components DCx obtained from the three-dimensional acceleration sensor , DCz is detected from the patient's sleeping posture, each x, y, z AC component ACx, ACy, ACz is filtered by the low-pass filter, and the patient's respiratory rate is detected from the output amplified by the amplifier, A sleep apnea examination apparatus comprising: signal processing means for filtering the AC component ACz of z with the band-pass filter and detecting a heart rate of the patient from the output amplified by the amplifier.
三次元の加速度センサと、A three-dimensional acceleration sensor,
前記加速度センサの出力をフィルタリングするローパスフィルタおよびバンドパスフィルタと、A low-pass filter and a band-pass filter for filtering the output of the acceleration sensor;
前記加速度センサの出力を所望とするゲインで増幅するアンプと、An amplifier that amplifies the output of the acceleration sensor with a desired gain;
x軸方向を患者の左右方向とし、y軸方向を患者の身長方向とし、z軸方向を患者の体厚方向とするとき、前記三次元の加速度センサから得られるx,zの各DC成分DCx,DCzを用いて、(DCx/(DCxWhen the x-axis direction is the patient's left-right direction, the y-axis direction is the patient's height direction, and the z-axis direction is the patient's body thickness direction, the x and z DC components DCx obtained from the three-dimensional acceleration sensor , DCz, (DCx / (DCx 2 +DCz+ DCz 2 ) 1/21/2 ,DCz/(DCx, DCz / (DCx 2 +DCz+ DCz 2 ) 1/21/2 )から患者の寝姿勢を検出し、前記x,y,zの各AC成分ACx,ACy,ACzを前記ローパスフィルタでフィルタリングし、さらに前記アンプで増幅した出力を用いて、(ACx), The patient's sleeping posture is detected, and the AC components ACx, ACy, ACz of x, y, z are filtered by the low-pass filter, and further, the output amplified by the amplifier is used (ACx 2 +ACy+ ACy 2 +ACz+ ACz 2 ) 1/21/2 のピーク周期の逆数から患者の呼吸数を検出し、前記zのAC成分ACzを前記バンドパスフィルタでフィルタリングし、さらに前記アンプで増幅した出力のピーク周期の逆数から患者の心拍数を検出する信号処理手段とを含むことを特徴とする睡眠時無呼吸検査装置。A signal for detecting a patient's respiration rate from the reciprocal of the peak period, filtering the AC component ACz of z with the band-pass filter, and further detecting the heart rate of the patient from the reciprocal of the peak period of the output amplified by the amplifier A sleep apnea test apparatus comprising: a processing means.
前記信号処理手段は、前記三次元の加速度センサから得られるx,y,zの各DC成分DCx,DCy,DCzの出力を用いて、(DCxThe signal processing means uses the outputs of the DC components DCx, DCy, and DCz of x, y, and z obtained from the three-dimensional acceleration sensor to (DCx 2 +DCy+ DCy 2 +DCz+ DCz 2 ) 1/21/2 の合成値が所定の閾値を超えた回数を歩数として求め、DCzの成分で重力が検出できているかどうかから、患者が寝ているか起き上がっているかを判定することを特徴とする請求項1または2記載の睡眠時無呼吸検査装置。The number of times that the combined value of the above exceeds a predetermined threshold is obtained as the number of steps, and it is determined whether the patient is sleeping or rising from whether or not gravity can be detected by the component of DCz. The sleep apnea test apparatus described.
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