JP5352648B2 - いびき検出装置およびｃｐａｐ装置 - Google Patents

Description

発明の分野

[0001]本発明は、睡眠呼吸障害をもつ患者に陽圧換気補助を提供する方法及び装置に関係する。特に、本発明は治療中のいびきの認識に関係する。

発明の背景

[0002]睡眠呼吸障害（ＳＤＢ）は、睡眠中に呼吸パターン又は換気の質に異常がある障害のグループを包含する。最も一般的な睡眠呼吸障害である（おそらく成人の４〜５％が罹っている）閉塞型睡眠時無呼吸症候群（ＯＳＡ）は、上気道の反復的な閉鎖又は虚脱と、呼吸の部分的又は完全な低下によって特徴付けられる。閉塞は通常は上気道の筋肉が閉塞を取り除くように作用するときに患者が短期間目を覚ますことによって終わる。ＯＳＡに対する治療は、Ｓｕｌｌｉｖａｎ［ＳｕｌｌｉｖａｎＣＥら、Ｒｅｖｅｒｓａｌ ｏｆ ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｓｌｅｅｐ ａｐｎｅａ ｂｙ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ａｉｒｗａｙ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｐｐｌｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｎａｒｅｓ．Ｌａｎｃｅｔ １９８１ Ａｐｒ．１８；１（８２２５）：８６２−５］によって最初に記載されているように、持続的気道動陽圧法（ＣＰＡＰ）である。

[0003]ＣＰＡＰ装置は、気道を開いた状態に保つために必要な最低圧力が決定される滴定として知られているプロセスによって患者のため特殊化される。過剰な圧力は患者に不快感と睡眠の中断を引き起こす。最低必要圧力は患者の睡眠サイクル中に変化することがあるので、必要に応じて圧力を決定し調整するために患者の呼吸を監視する自動滴定装置が開発されている。さらに、一部の装置は、患者をより快適にさせようとして２重の圧力レベルを設け、呼気中に吸気中より高い陽圧を与える。このような装置は、呼吸毎に呼吸作用内の適切な段階で圧力レベルを切り替えるために患者の呼吸サイクルを監視する。装置の状態に応じて、異なった患者は、装置が患者の労作を追跡する素早さ及び正確さに依存して異なる不快感のレベルを経験する。簡単なスレッショルドテストは、呼吸が不規則であるとき、たとえば、咳、溜息、及び、いびきが存在する間に、失敗する可能性がある。

[0004]ＯＳＡは多くの場合にいびきを伴う。したがって、多くのＣＰＡＰ装置は、いびきの発生を判定し、いびきを定量化しようとする。たとえば、２００５年１月１１日に発行された米国特許第６，８４０，９０７号は、いびきを解析することができるセンサアレイ及びプロセッサを有する装置を提供する。特に、この装置は、約１０Ｈｚの低周波を遮断する高域通過フィルタにデジタル化されたいびき信号を通し、得られた信号毎に絶対値を計算し、絶対値すべてを合計し、０．５〜２Ｈｚの低周波を遮断する低域通過フィルタに合計を通すことにより患者のいびき振幅を測定する。このプロセッサは、非閉塞性いびきは閉塞性いびきとは高調波純度の程度が異なると仮定して、患者のいびきの高調波純度、すなわち、最も近い簡単な正弦波の形をさらに測定する。さらに、システムは、非閉塞性いびきは閉塞性いびきとは高周波安定性の程度が異なると仮定して、患者のいびきの高調波安定性、すなわち、いびき信号の１サイクルが先行するサイクルと一致する精度を測定する。

[0005]米国特許第６，７０５，３１５号は、サウンドトランスデューサと、いびきを表す音に反応するシステムとを有するＣＰＡＰ装置を記載している。

[0006]自動滴定ＣＰＡＰ装置における治療圧力の効果的な送出のため、治療は切迫する閉塞の最初の兆候で加えられるべきである。多くの患者において、無呼吸（閉塞）発作は多くの場合にいびきが先行している。したがって、いびきの検出は予防的な療法の施行に欠かせない。

[0007]現在のいびき検出／推定技術は、様々な患者の気道の広範囲に亘るモデリングと、結果として生じる複雑な較正とを必要とする。従来技術によれば、いびきは、雑音推定全体からモーター及びその他の無関係の雑音の推定を取り除いた後に２００〜３００Ｈｚの範囲に残留する雑音である。モーター雑音を推定するため、雑音のモデルが気道要素の考えられる組み合わせ毎に経験的に取得される。雑音のモデルは、その後に、圧力療法の施工中に患者のいびきに達するために利用される。原則的に、いびき＝全雑音−装置固有雑音である。装置固有雑音を計算する複雑な方法は、フロー発生器の製造と、同時にフロー発生器の気道の追加的な設計変更毎にかなりのコストを追加する。

[0008]必要とされるのは、ＣＰＡＰ装置から加圧空気を受け入れる患者のいびきを検出する経済的な簡易化された方法である。

[0009]ＣＰＡＰ装置においていびきを特定する簡易化された方法は、装置内の適切なセンサから雑音レベルを検出し、いびきからの雑音は呼吸サイクルの吸気部分の間にのみ生じるという事実を利用することにより実現される。吸気中の雑音レベルと呼気中の雑音レベルとの間の著しい差異、すなわち、所定のスレッショルドの超過は、いびきを示唆するために使用される。これは、ＣＰＡＰ装置の動作中の全ての雑音源を考慮するか、又は、モデル化する必要を回避する。本発明は、いびきを検出するために、センサ、たとえば、マイクロホンを使用することを含む。しかし、圧力センサ又は流量センサのような他のセンサもまた使用されることがある。

[0010]発明の好ましい実施形態は、１）装置固有雑音の指標として呼気雑音を使用し、それゆえに、患者回路パラメータの関数として装置雑音を較正する必要を除去するステップと、２）患者のいびきのキャリアとして吸気雑音を使用するステップと、３）治療圧力が誤ったいびき検出を引き起こさないように吸気雑音及び呼気雑音のためのフィルタ時定数を調整するステップとを含む。

発明の好ましい実施形態の詳細な説明

[0015]図１Ａは、鼻マスクのコンテナ１２と伝音的に連通しているマイクロホン１１を備えるいびき検出装置１０を示している。患者によって吸い込まれている空気は、鼻マスク１２の開口部１３を通って鼻道１４に入り、逆方向へ吐き出される。気道は、患者体内のいびき音源から、鼻道１４を通り、鼻マスクの開口部１３から外に延びるので、マイクロホン１１は、閉鎖されている気道によって形成された自然の聴診器を利用するように理想的に設置されている。それゆえに、いびき音及び呼吸音はこの配置によって焦点が合わされ、集中させられる。代替的に、マイクロホン１１は、鼻プロング内に設置されてもよく、又は、図１Ｂに示されているように、鼻プロングの外側に取り付けられてもよい。

[0016]図２に示されているように、いびきは以下のステップによって検出される。
吸気中に、「吸気いびき」が時定数Ｔｉｎｓｐを用いて吸気中にフィルタ処理された雑音として測定される。
呼気中に、「呼気いびき」が時定数Ｔｅｘｐを用いて呼気中にフィルタ処理された雑音として測定される。
治療圧力変化が誤ったいびきの検出を引き起こさないことを保証するために、Ｔｉｎｓｐ＞Ｔｅｘｐである。
呼息に入る時に、（「吸気いびき」−「呼気いびき」）＞「呼気いびき」／スレッショルド係数であるならば、いびきが検出されたと考えられる。
この値は、その後に、平均いびき値を導出するために複数回の呼吸（たとえば、５回の呼吸）に亘ってフィルタ処理される。

[0017]図３には、発明を具現化するＣＰＡＰ装置が示されている。ＣＰＡＰユニットは、送風機２１を駆動するモーター２０を備える。モーター２０の速度は電子速度制御ユニット２３によって制御される。モーター速度の増加は送風機速度を同時に増加させ、送風機速度が次に送風機２１の出力空気圧を増加させ、速度制御ユニットは送風機２１の出力圧力を変化させるために操作され得る。ＣＰＡＰ装置は、音がマイクロホン１１によって検出されるいびき検出手段２２をさらに含む。最も一般的な形式では、いびき検出手段２２は圧力検出手段であり、マイクロホン１１は差圧センサである。いびき検出手段２２は、好都合には、上述されている装置１０の形である。いびき音が発生すると、電気インパルスが上記マイクロホン１１から、電気信号を発生させる増幅器／フィルタ／プロセッサユニット２６へ供給される。モーター速度制御手段は、いびき検出手段２２へ電気的に接続され、いびき検出装置によって発生させられた電気信号に反応してアナログ手段を用いて電気モーター２０の速度を増加させる。したがって、ＣＰＡＰユニットの出力圧力はいびきの検出に反応して増加する。

[0018]一回のいびき又は連続的ないびきがいびき検出手段２２によって検出されるとき、信号が発生させられる。速度制御ユニット２３はファンモーターの速度を増加させ、出力圧力が増加させられる。いびきは軟口蓋の振動によって引き起こされるので、いびきは不安定な気道を示し、上述されているように、閉塞型睡眠時無呼吸に苦しむ患者においては、いびきは上気道閉塞の切迫の警告信号である。いびきは、他人の邪魔になるためだけでなく、高血圧と関連していると強く考えられているので、それ自体で望ましくない。結果としてのＣＰＡＰ圧力の増加が気道を完全に安定化させるために十分であるならば、いびきは止まる。さらなるいびき音が検出されるならば、ＣＰＡＰ圧力は再び増加させられる。このプロセスは、上気道が安定化され、いびきが止まるまで繰り返される。したがって、閉塞型無呼吸の発生は、使用時に最低限の適切な圧力の印加によって取り除かれ得る。

[0019]ＣＰＡＰ圧力が無呼吸の始まりを防止するためにできる限り低いレベルに維持されることを保証するため、好ましい実施形態は、長時間のいびきの無い呼吸が起こっているならば、圧力を減少させる手段をさらに含む。たとえば、これは、いびきが検出されない限り穏やかな割合でＣＰＡＰ圧力を自動的に低下させることによって行われる。いびきの無いときにＣＰＡＰ圧力が減少させられる割合は、好ましくは、いびきが検出されたときにＣＰＡＰ圧力が増加させられる割合より遙かに少ない。これは、たとえば、マイクロホン１１から検出されるいびきが無いときには、ある期間に亘って送風機速度を連続的に緩やかに低下させるが、しかし、いびきがマイクロホン１１によって検出されるときには毎回増分的な幅で送風機速度を増加させる増幅器／フィルタ／プロセッサユニット２６によって実現され得る。

[0020]患者が睡眠時無呼吸に陥る傾向が最も強いのはレム睡眠中であることが知られている。それ以外の場合には所与のＣＰＡＰ圧力において安定であった気道がレム睡眠中に不安定になることがある。このことが起こるとするならば、いびきは多くの場合に無呼吸が起こる前に始まる。このような状況では、本発明はいびきに反応してＣＰＡＰ圧力を上昇させ、これによって、無呼吸の始まりを防止する。レム睡眠を通り越すと、患者の気道はより安定になり、より高い気道圧力はもはや必要とされない。このような状況では、ＣＰＡＰ圧力は、圧力が再び増加させられる点である最初のいびきの兆候が再び現れるまで、徐々に低下させられる。

[0021]動作方法は、図１３に示されているように圧力センサによって検出される一回のいびき又は連続的ないびきの影響を考慮することによって説明され得る。いびきがいびき検出手段２２によって検出されるとき、信号が発生させられる。速度制御ユニット２３はファンモーターの速度を増加させ、出力圧力が増加させられる。いびきは軟口蓋の振動によって引き起こされるので、いびきは不安定な気道を示し、上述されているように、閉塞型睡眠時無呼吸に苦しむ患者においては、いびきは上気道閉塞の切迫の警告信号である。いびきは、他人の邪魔になるためだけでなく、高血圧と関連していると強く考えられているので、それ自体で望ましくない。結果としてのＣＰＡＰ圧力の増加が気道を完全に安定化させるために十分であるならば、いびきは止まる。さらなるいびき音が検出されるならば、ＣＰＡＰ圧力は再び増加させられる。このプロセスは、上気道が安定化され、いびきが止まるまで繰り返される。したがって、閉塞型無呼吸の発生は、使用時に最低限の適切な圧力の印加によって取り除かれ得る。

[0022]使用中に患者は自分自身をＣＰＡＰユニットに接続し、眠りにつく。患者への単一の接続は、圧力センサから増幅器／フィルタ／プロセッサユニットへのさらなる接続と一緒に、通常のＣＰＡＰ回路から必要とされる。圧力センサが好都合にはＣＰＡＰマスクに設置されているので、電極又はその他のセンサが患者の身体に装着される必要はない。代替的に、センサはマスクに置かれる必要はなく、フロー発生器内に置かれてもよい。ＣＰＡＰ圧力は、初期的には、上述されているようなより高い初期圧力の動作問題を起こさないように、たとえば、約３ｃｍＨ_２Ｏゲージ圧という最低快適動作値にある。眠りについてからある程度の時間が経過し、患者の身体が弛緩してから、気道は不安定になり始め、患者はいびきを開始するか、又は、異常な呼吸パターンを示し始める。検出装置２２は、いびき、いびきパターン、又は、異常な呼吸パターンに反応し、ＣＰＡＰ圧力が、いびき毎に、又は、検出された呼吸パターン中の所定の異常発生毎に１ｃｍＨ_２Ｏずつ増加するように、プロセッサ２６を用いてモーター速度を増加させる。ＣＰＡＰ圧力は、患者の状態が必要とするならば、典型的な要件である８〜１０ｃｍＨ_２Ｏのオーダーの差動圧力まで比較的急速に増加させることが可能である。圧力上限制限装置が安全のため組み込み可能である。さらに、患者状態の長期にわたる変動の監視を簡単にするために、圧力出力のようなパラメータが医師による定期的な観察のためある種の都合の良い回収可能な形式で記録可能である。

[0023]いびき又は異常な呼吸パターンが無いときに、たとえば、原則として１５分毎に１ｃｍＨ_２Ｏ又は２０分間に１／３を単位としてＣＰＡＰ圧力を連続的に減少させることにより、圧力は、無呼吸又はその他の望ましくない呼吸状態を防止するために必要とされる圧力より決して実質的に高くならない。しかし、いびき、いびきパターン、又は、異常な呼吸パターンが検出されるとき、ＣＰＡＰ圧力減少モードは、予め検出されたいびき、いびきパターン、又は、呼吸パターン中の所定の異常毎に約１ｃｍＨ_２Ｏのより大きな増加によって完全に抑えられ、瞬間的な圧力増加を阻止するスルーレートに制約され、圧力増加を１ｃｍ／ｓに制限する。安定な睡眠パターンが達成されると、好ましい実施形態は、ＣＰＡＰ圧力ができる限り低いということを保証するために連続的にテストする。上気道が不安定になり、かつ、いびき、又は、許容できない呼吸パターンが再開する程度までＣＰＡＰ圧力が減少させられるならば、いびき、又は、異常な呼吸パターンは、無呼吸発症、又は、表在呼吸若しくは呼吸低下のようなその他の望ましくない呼吸状態の前兆であることがわかっているので、圧力は、無呼吸、いびき、又は、異常な呼吸が防止されることを保証するために再び増加させられる。

[0024]患者が睡眠時無呼吸に陥る傾向が最も強いのはレム睡眠中であることが知られている。それ以外の場合には所与のＣＰＡＰ圧力において安定であった気道がレム睡眠中に不安定になることがある。このことが起こるとするならば、いびき、及び／又は、呼吸パターンの特殊な偏りは、無呼吸が起こる前に始まる。このような状況では、本発明は、いびき、又は、呼吸パターンの偏りに反応してＣＰＡＰ圧力を上昇させ、これによって、無呼吸、又は、その他の望ましくない呼吸状態の始まりを防止する。レム睡眠を通り越すと、患者の気道はより安定になり、より高い気道圧力はもはや必要とされない。このような状況では、ＣＰＡＰ圧力は、圧力が再び増加させられる点である最初のいびき及び／又は許容できない呼吸パターンの兆候が再び現れるまで、徐々に低下させられる。

[0025]患者は通常は、無呼吸の発生の最後に少なくとも１回の激しい鼻息又はいびき音を引き起こし、本発明はＣＰＡＰ圧力を増加させるためにこの異常に大きな音に反応する。よって、無呼吸がいびき又は異常な呼吸パターンという通常の前兆無しに起こるとしても、気道圧力は、それでもなお、無呼吸期間の最後に発生させられた異常に大きな呼吸音に反応して上方へ調整され得る。

[0026]本発明は、このようにして、睡眠期間全体を通して患者の必要量の変動に従ってＣＰＡＰ圧力を修正するＣＰＡＰ装置を提供する。本発明が単一の睡眠期間中に現れるような気道圧力要件の変動に対処可能であることは当業者に明白であり、本発明はより長い期間に亘って起こるような患者の全身状態の一般的な改善又は悪化に起因するＣＰＡＰ圧力要件の変動にも対処可能である。

[0027]発明は好ましい特定の実施形態に関連して上述されているが、説明及び実施例は、添付の特許請求の範囲に記載された事項の範囲によって定められる発明の範囲を例示することを意図し、制限することを意図していないことが理解されるべきである。

本発明によるいびき検出装置の一実施形態の概略断面図である。 本発明によるいびき検出装置の別の実施形態の概略断面図である。 本発明のステップのフローチャートである。 本発明のさらなる実施形態の略図である。

Claims (22)

1. 呼吸サイクル中に音を検出するように構成されたセンサを備えるいびき検出装置であって、
   前記センサで、上記呼吸サイクルの吸気段階中の雑音レベルを検出するステップと、前記センサで、上記呼吸サイクルの呼気段階中の雑音レベルを検出するステップと、吸気中の上記雑音レベルと呼気中の上記雑音レベルとの間の差異の関数として、いびきの値を決定するステップと、を実行する制御プログラムを動作させるプロセッサを備える、いびき検出装置。
2. 吸気のいびきの値が、上記吸気段階中に検出された前記雑音レベルから決定され、装置固有の雑音の値が、上記呼気段階中に検出された前記雑音レベルから決定される、請求項１に記載のいびき検出装置。
3. 上記いびきの値が、上記吸気のいびきの値と上記装置固有の雑音の値との間の差異として決定される、請求項２に記載のいびき検出装置。
4. 上記雑音レベルの前記差異がスレッショルドと比較され、いびきを表す信号を発生させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のいびき検出装置。
5. 上記吸気段階中の上記雑音レベルが、所定の時定数でフィルタ処理された吸気中の吸気の値を決定する為に使用され、呼気段階中の上記雑音レベルが、別の時定数でフィルタ処理された呼気中の呼気の値を決定する為に使用される、請求項１に記載のいびき検出装置。
6. 誤ったいびきが治療圧力の変化に起因して検出されないように、上記所定の時定数が上記別の時定数に関して調整されている、請求項５に記載のいびき検出装置。
7. 前記所定の時定数が上記別の時定数より大きい、請求項５に記載のいびき検出装置。
8. 上記呼気の雑音の値と呼気の計算値の比を上記いびきの値が超える場合、いびきを表す信号が供給される、請求項５〜７のいずれか一項に記載のいびき検出装置。
9. 上記センサが圧力センサである、請求項１〜８のいずれか一項に記載のいびき検出装置。
10. 上記センサがマイクロホンである、請求項１〜８のいずれか一項に記載のいびき検出装置。
11. 上記プロセッサは、複数回の呼吸に亘っていびきを表す前記信号を更にフィルタ処理し、平均いびき値として前記フィルタ処理された値を報告する、請求項４または８に記載のいびき検出装置。
12. 睡眠呼吸障害を治療する為のＣＰＡＰ装置であって、
    加圧空気の供給を生じさせる送風機と、
    請求項１〜１１のいずれか一項に記載のいびき検出装置と、
    を備えるＣＰＡＰ装置。
13. 前記送風機を駆動するように構成されたモーターと、モーター速度制御手段とを更に備え、前記いびき検出装置が、上記モーター速度制御手段に接続され、前記いびき値を表す信号に応答して上記モーター速度の調整を許容する、請求項１２に記載のＣＰＡＰ装置。
14. 前記プロセッサは、
    前記センサで上記吸気段階中の前記雑音レベルを検出して、所定の時定数でフィルタ処理された吸気段階中の吸気の値を決定するステップと、前記センサで上記呼気段階中の前記雑音レベルを検出して、別の時定数でフィルタ処理された呼気段階中の呼気の値を決定するステップであって、誤ったいびきが治療圧力の変化に起因して検出されないように、上記所定の時定数が上記別の時定数に関して調整されている、上記ステップと、上記吸気の値と上記呼気の値との差異が上記呼気の値と呼気計算値との比を超える場合には、いびきを表す信号を供給するステップと、を実行するように構成されている、請求項１２または１３に記載のＣＰＡＰ装置。
15. 上記プログラムは、複数回の呼吸に亘っていびきを表す前記信号をフィルタ処理し、平均いびき値として前記フィルタ処理された値を報告するステップを更に含む、請求項１４に記載のＣＰＡＰ装置。
16. 上記センサは、圧力センサである、請求項１４に記載のＣＰＡＰ装置。
17. 上記センサは、マイクロホンである、請求項１４に記載のＣＰＡＰ装置。
18. 前記プロセッサ制御プログラムは、
    前記センサで上記吸気段階中の前記雑音レベルを検出して、所定の時定数でフィルタ処理された上記吸気段階中の吸気の値を決定するステップと、上記呼気段階中の前記雑音レベルを検出して、別の時定数でフィルタ処理された上記呼気段階中の呼気の値を決定するステップであって、上記所定の時定数が上記別の時定数より大きい、上記ステップと、上記吸気の値と上記呼気の値との差異が上記呼気の値と呼気計算値との比を超える場合には、いびきを表す信号を供給するステップと、を実行するように構成されている、請求項１２〜１３のいずれか一項に記載のＣＰＡＰ装置。
19. 上記プログラムは、複数回の呼吸に亘っていびきを表す前記信号を更にフィルタ処理し、平均いびき値として前記フィルタ処理された値を報告するステップを更に含む、請求項１８に記載のＣＰＡＰ装置。
20. 上記センサは、圧力センサである、請求項１８又は１９に記載のＣＰＡＰ装置。
21. 上記センサは、マイクロホンである、請求項１８又は１９に記載のＣＰＡＰ装置。
22. 上記別の時定数は、誤ったいびきが、治療圧力の変化に起因して検出されないように選択される、請求項１４〜２１のいずれか一項に記載のＣＰＡＰ装置。

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