JP6372872B1

JP6372872B1 - いびき軽減まくら

Info

Publication number: JP6372872B1
Application number: JP2017561988A
Authority: JP
Inventors: 直也遠山; 靖親青木; 充高島
Original assignee: Liquid Design Systems Inc
Current assignee: Liquid Design Systems Inc
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2037-11-24
Also published as: JPWO2019102598A1; WO2019102598A1

Abstract

いびき軽減まくらは、就寝中の対象者の背中の下に配置されるエアバッグと、前記エアバッグからの空気の振動に基づいて、いびき及び呼吸検出用の生体信号を出力する生体センサと、前記生体センサからの信号に基づいて、前記対象者の単位時間当たりの生体情報を検出し、前記生体情報が所定の閾値を超えた場合に、前記エアバッグを膨らませる制御を行う制御部と、を備えている。

Description

本発明は、いびき軽減まくらに関する。

閉塞性睡眠時無呼吸症候群（いびき）の９０％は、のど又は気管が塞がることで発生する。

のどから気管にかけては、１本の柔らかな筒（気道）になっている。睡眠中はその筒が倒れた形になるうえ、支えとなる筋肉もゆるみがちになるため、気道の内部が狭くなる。そして、狭くなった気道の中を空気が出入りする音が『いびき』となる

具体的には、眠っている間に気道が狭くなると、呼吸が止まってしまうため、脳は筋肉の力を回復して気道の構造を保とうとし、ごく短時間眠りから目覚めようと働きかける。そこで一時的に呼吸が再開する。呼吸が楽になるとすぐに睡眠に戻り、筋肉がゆるんで再び呼吸停止を繰り返し、『いびき』となる。

従来、いびきを検出する技術が開示されている（特許文献１参照）。
特許文献１には、呼吸に伴って人体から発生する振動を検出する圧力センサと、呼吸に伴って人体から発生する音響を検出する音センサと、両センサの出力信号に基づいていびきの発生を判定する判定回路とを具えた検出装置が記載されている。判定回路は、圧力センサの出力信号に発生する変動のピーク発生時刻と音センサの出力信号に発生する変動のピーク発生時刻とを検知し、振動と音響についてのピーク発生時刻に基づいていびき発生の有無を判断する。

特開２００５−３０５１０１号公報

特許文献１の圧力センサは、マット上で睡眠中の人体から呼吸に伴って発生する振動を検出する。具体的には、圧力センサは、特許文献１の図２に示すように、マット上に寝た状態の人体の下に敷いて設置される。そして、圧力センサは、特許文献１の図３に示すように、一対のシート状導電部材の間に弾性を有するシート状誘電体を挟み込んで構成され、両導電部材の間の静電容量の変化に基づいて圧力の変化を検知する。

しかし、このような構成の圧力センサは、呼吸に伴って発生する振動を正確に検出できない。このため、特許文献１のいびき検出装置は、高精度にいびきを検出できない問題があった。

本発明は、このような実情を鑑みて提案されたものであり、睡眠時のいびきを高精度に検出して、いびきを低減することができるいびき軽減装置を提供することを目的とする。

本発明に係るいびき軽減まくらは、就寝中の対象者の背中の下に配置されるエアバッグと、前記対象者の頭部が載せられるまくら本体と、前記まくら本体に対して前記対象者の足側に設けられ、前記エアバッグを収納可能な袋部と、前記袋部の中で、前記エアバッグの下側に配置された状態で、前記エアバッグと共に収納される板状部材と、空気の伝搬方向に対して斜めになるように配置されたピエゾ素子を有し、前記エアバッグからの空気の振動に基づいて、前記ピエゾ素子からいびき及び呼吸検出用の生体信号を出力する生体センサと、前記生体センサからの生体信号に基づいて、前記対象者の単位時間当たりの生体情報を検出し、前記生体情報が所定の閾値を超えた場合に、前記エアバッグを膨張させ、その後収縮させる制御を行う制御部と、を備えた。

本発明は、睡眠時のいびきを高精度に検出して、いびきを低減することができる。

図１は、いびき軽減まくらの全体構成を示す図である。図２は、いびき検出器の構成を示す図である。図３は、生体センサの構造を示す正面断面図である。図４は、生体センサの構造を示す側面断面図である。図５は、コントローラの機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、いびき軽減まくら１の全体構成を示す図である。

いびき軽減まくら１は、空気が残留する空気袋であるエアバッグ１０と、振動を発生する振動モジュール３０と、就寝中の対象者のいびきを検出するいびき検出器５０と、対象者の頭部が載せられるまくら本体部８０と、まくら本体部８０の下側（対象者の足側）に設けられた袋部９０とを備える。

袋部９０は、エアバッグ１０を収納可能な大きさに形成されている。エアバッグ１０は、例えば厚さ１ｍｍの塩化ビニール板と共に袋部９０の中に入れられ、対象者の胸部（背中）の下に配置される。

袋部９０内では、エアバッグ１０は、塩化ビニール板の上に置かれる。仮に塩化ビニール板がない場合、エアバッグ１０は、ベッドマット又は布団などの柔らかい物の上に置かれる。このとき、対象者のいびきによって横隔膜が動いても、ベッドマット又は布団が横隔膜の動きを吸収してしまい、エアバッグ１０は横隔膜の動きに応じた空気の振動を外部に出力できない。

これに対して、本実施形態では、塩化ビニール板の上にエアバッグ１０が置かれる。これにより、対象者の横隔膜の動きは、ベッドマット又布団に吸収されず、ダイレクトにエアバッグ１０に伝わる。そして、エアバッグ１０は、対象者の横隔膜の動きに応じた空気の振動を外部に出力できる。

このように、対象者のいびきによって横隔膜が振動すると、エアバッグ１０は、内部に残留する空気の振動変化をいびき検出器５０へ出力する。すなわち、エアバッグ１０は、対象者のいびきに応じた空気の振動を、いびき検出器５０へ出力する。

また、エアバッグ１０は、いびき検出器５０から空気が注入される場合には、注入された空気の分だけ膨らみ、いびき検出器５０によって空気が抜かれる場合には、抜かれた空気の分だけしぼむ。このように、エアバッグ１０は、いびき検出器５０によって膨張又は収縮することで、睡眠中の対象者の姿勢を変化させて（喉を上げたり下げたりして）、対象者のいびきを低減させることができる。

振動モジュール３０は、いわゆるバイブレーターであり、いびき検出器５０によって制御される。

いびき検出器５０は、エアバッグ１０の空気の振動変化を常時モニターして、対象者のいびきの有無を検出し、検出結果に応じてエアバッグ１０を膨張又は収縮させたり、振動モジュール３０を振動させたりする。このように、いびき検出器５０は、対象者のいびきを検出する「いびき検出モード」、対象者のいびきが検出された後にエアバッグ１０を動作させる「エアバッグ動作モード」を有し、これらの２つのモード順次切り替えながら、繰り返し実行する。

図２は、いびき検出器５０の構成を示す図である。
いびき検出器５０は、空気分岐部５１と、第１の空気パイプ５２と、生体センサ５３と、コントローラ５４と、エアコンプレッサ５５と、第２の空気パイプ５６と、電磁弁５７と、第３の空気パイプ５８と、を備えている。電磁弁５７は、通常時（通電時）は閉じているが、コントローラ５４の制御に基づき、エアバッグ１０が膨らんだ直後の所定時間のみ開く。

空気分岐部５１は、４つのパイプを１カ所で結合したものである。空気分岐部５１は、エアバッグ１０から延びた空気圧供給パイプＰ（図１参照）、第１の空気パイプ５２、第２の空気パイプ５６、第３の空気パイプ５８にそれぞれ接合されている。なお、第３の空気パイプ５８の他方の端部（空気分岐部５１と接合する端部の反対側の端部）は、電磁弁５７に接合されている。

生体センサ５３は、第１の空気パイプ５２を介して伝達される空気の振動に基づいて電気信号である生体信号を生成し、当該生体信号をコントローラ５４へ供給する。エアコンプレッサ５５は、圧縮した空気を排出するものであり、コントローラ５４の制御に従って、動作又は停止する。電磁弁５７は、コントローラ５４の制御に従って開閉する弁である。

コントローラ５４は、いびき検出モードのとき、電磁弁５７を閉じ、エアコンプレッサ５５及び図１に示す振動モジュール３０を停止させた状態にする。このため、空気分岐部５１は、エアバッグ１０からの空気の振動を、第１の空気パイプ５２を介して、生体センサ５３へ伝達する。なお、エアバッグ１０の空気の振動は、エアコンプレッサ５５には何ら影響を及さない。
そして、コントローラ５４は、生体センサ５３からの生体信号を常時モニターし、対象者のいびきを検出すると、エアバッグ動作モードに移行する。

コントローラ５４は、エアバッグ動作モードに移行すると、電磁弁５７を閉じたままの状態で、エアコンプレッサ５５を所定期間（エア注入期間）動作させる。このため、空気分岐部５１は、第２の空気パイプ５６を介して供給されるエアコンプレッサ５５から空気を、エアバッグ１０へ供給する。よって、エア注入期間にはエアバッグ１０が膨張する。なお、エアコンプレッサ５５の空気は、生体センサ５３には何ら影響を及ぼさない。

エア注入期間経過後、コントローラ５４は、エアコンプレッサ５５を停止させて、電磁弁５７を一定期間（弁開放期間）だけ開ける。このとき、エアバッグ１０は通常（いびき検出モード）の場合に比べて膨張している。このため、空気分岐部５１は、エアバッグ１０から空気が供給され、その空気を、第３の空気パイプ５８及び電磁弁５７を介して外部に排出する。その結果、弁開放期間にはエアバッグ１０が収縮する。

弁開放間経過後、コントローラ５４は、再び、いびき検出モードに移行する。このため、いびき検出モード及びエアバッグ動作モードが交互に繰り返される。
なお、コントローラ５４は、エアバッグ動作モードでは、エアコンプレッサ５５及び電磁弁５７の動作状態に関係なく、振動モジュール３０を連続的に又は間欠的に振動させる。

図３は、生体センサ５３の構造を示す正面断面図である。図４は、生体センサ５３の構造を示す側面断面図である。生体センサ５３は、ピエゾ（圧電）素子５３ａを有している。

従来のセンサは、ピエゾ素子の面が空気振動の伝搬方向に平行になっており、呼吸を検出できるものの、いびきを精度よく検出できない。具体的には、いびきの信号のゲインは、呼吸の信号のゲインに比べて、約１／１００になる。その理由は、呼吸に比べていびきの方が、音が大きいものの、エアバッグ１０に作用する外力が小さいからである。

そこで、本実施形態では、図４に示すように、ピエゾ素子５３ａの平面の方向は、空気振動の伝搬方向に対して斜め（例えば２０〜７０度の範囲内の任意の角度）に配置されている。よって、生体センサ５３の厚みは、従来のセンサに比べて、例えば３分の２程度に圧縮される。また、従来のセンサに比べて、ピエゾ素子５３ａに空気の振動が直接当たりやすくなる。このため、生体センサ５３は、エアバッグ１０から空気の振動が伝播された場合に、呼吸の振動だけでなく、いびきの振動も高感度に検知して、呼吸及びいびきの信号を出力することができる。

また、生体センサ５３の素材は削りだしアルミではなくプラスチック樹脂であるため、生体センサ５３の量産化が可能である。さらに、生体センサ５３は無電解ニッケルメッキ処理されているので、ハムノイズが軽減される。

生体センサ５３は、第１の空気パイプ５２からの空気の圧力変化により起こったピエゾ素子５３ａの変動をＩＣによりインピーダンス変換して、電気信号である生体信号を発生する。

コントローラ５４は、生体センサ５３からの生体信号に基づいて、エアコンプレッサ５５を制御してエアバッグ１０を膨張・収縮させたり、振動モジュール３０を振動・停止させたりする。

図５は、コントローラ５４の機能ブロック図である。
コントローラ５４は、ＢＰＦ５４ａ，５４ｆと、比較器５４ｂ，５４ｇと、カウンタ５４ｃと、エアコンプレッサドライバ５４ｄと、振動モジュールドライバ５４ｅと、電磁弁ドライバ５４ｈと、を備える。

ＢＰＦ５４ａは、生体センサ５３からの生体信号を受信し、３０〜５００Ｈｚ帯域のいびき検出用信号のみを比較器５４ｂへ出力する。ＬＰＦ５４ｆは、生体センサ５３からの生体信号を受信し、１．０Ｈｚ以下帯域の呼吸検出用信号のみを比較器５４ｇへ出力する。

比較器５４ｂは、ＢＰＦ５４ａからの信号のレベルと、予め設定されたいびき検出閾値ｔｈ１と、を比較する。具体的には、比較器５４ｂは、ＢＰＦ５４ａからの信号のレベルがいびき検出閾値ｔｈ１を超えた場合はいびき検出ＯＮ信号を出力し、ＢＰＦ５４ａからの信号のレベルが閾値ｔｈ１以下の場合はいびき検出ＯＦＦ信号を出力する。

比較器５４ｇは、ＬＰＦ５４ｆからの信号のレベルと、予め設定された呼吸検出閾値ｔｈ２と、を比較する。具体的には、比較器５４ｇは、ＬＰＦ５４ｆからの信号のレベルが呼吸検出閾値ｔｈ２を超えた場合は呼吸検出ＯＮ信号を出力し、ＬＰＦ５４ｆからの信号のレベルが閾値ｔｈ２以下の場合は呼吸検出ＯＦＦ信号を出力する。

カウンタ５４ｃは、呼吸検出ＯＮ信号、いびき検出ＯＮ信号をそれぞれカウントして、所定時間（例えば１分間）当たりの呼吸数、いびき回数を逐次更新する。そして、カウンタ５４ｃは、上記のいびき回数、呼吸回数に基づいて対象者の状態を常時判定して（いびき検出モード）、その判定結果に応じてエアバッグ１０や振動モジュール３０を制御する（エアバッグ動作モード）。

具体的には、カウンタ５４ｃは、１分間当たりのいびき回数が所定値を超えた場合は、対象者の通常時のいびきが発生したと判定する。そして、カウンタ５４ｃは、振動モジュールドライバ５４ｅに対して、振動モジュール３０を例えば１０秒間振動させるための制御信号を出力する。

さらに、カウンタ５４ｃは、エアコンプレッサドライバ５４ｄに対して、エアバッグ１０を１０秒間膨らませるための制御信号を出力し、電磁弁ドライバ５４ｈに対して、エアバッグ１０の膨張停止後に電磁弁５７を１０秒間開かせるための制御信号を出力する。これにより、いびき検出、エアバッグ１０の膨張収縮（同時に振動モジュール３０の振動）が繰り返し実行される。

また、カウンタ５４ｃは、１分間当たりのいびき回数が所定値を超え、かつ、１分間当たりの呼吸数が急激に低下した場合（呼吸数の変化率が設定値以下になった場合）、無呼吸症候群のいびきが発生したと判定する。そして、カウンタ５４ｃは、振動モジュールドライバ５４ｅに対して、振動モジュール３０を例えば１０秒間、通常よりも１２０〜２００％強く振動させるための制御信号を出力する。

さらに、カウンタ５４ｃは、エアコンプレッサドライバ５４ｄに対して、エアバッグ１０を１０秒間膨らませるための制御信号を出力し、電磁弁ドライバ５４ｈに対して、エアバッグ１０の膨張停止後に電磁弁５７を１０秒間開かせるための制御信号を出力する。これにより、いびき検出、エアバッグ１０の膨張収縮（同時に振動モジュール３０の強目の振動）が繰り返し実行される。これにより、対象者を少し覚醒させたり、首の位置を移動させたりして、無呼吸症候群のいびきを低減させることができる。

また、カウンタ５４ｃは、１分間当たりの呼吸数が所定値以下になった場合、無呼吸になったと判定する。そして、カウンタ５４ｃは、振動モジュールドライバ５４ｅに対して、振動モジュール３０を例えば１０秒間、通常よりも１２０〜２００％強く振動させるための制御信号を出力する。

さらに、カウンタ５４ｃは、エアコンプレッサドライバ５４ｄに対して、エアバッグ１０を１５秒間膨らませるための制御信号を出力し、電磁弁ドライバ５４ｈに対して、エアバッグ１０の膨張停止後に電磁弁５７を１５秒間開かせるための制御信号を出力する。これにより、いびき検出、エアバッグ１０の膨張収縮（同時に振動モジュール３０の強目の振動）が繰り返し実行される。これにより、対象者を少し強く覚醒させたり、首の位置を移動させたりして、無呼吸の状態を低減させることができる。

以上のように、本実施形態に係るいびき軽減まくら１は、就寝中の対象者の背中下に配置されたエアバッグ１０の空気の振動変化を検出することにより、対象者の横隔膜の動作を検出することができる。また、いびき軽減まくら１は、横隔膜の動作に基づいて、対象者の単位時間当たりの呼吸数、いびき回数を検出するので、高精度に生体情報を検出できる。

さらに、いびき軽減まくら１は、単位時間当たりの呼吸数及びいびき回数に応じて、単にいびきが発生しただけか、無呼吸症候群のいびきが発生したか、無呼吸になったかを判定して、それぞれの状態に対応した注意喚起を行うことができる。

この結果、無呼吸症候群のいびきが発生した場合、エアバッグ１０が１０秒間膨張・１０秒間収縮すると共に振動モジュール３０が強めに振動する。これにより、対象者がわずかな時間覚醒して、いびきが一時的に止まる。そして、対象者が再び眠りに落ちて、再び無呼吸症候群のいびきが発生すると、再び上述の動作が実行される。よって、いびき軽減まくら１は、対象者の無呼吸症候群のいびきが発生した場合でも、対象者を起こすことなく、いびきを低減することができる。

なお、上記の動作が繰り返し実行されても対象者のいびきが止まらず、さらに対象者が無呼吸になった場合、エアバッグ１０が１５秒間膨張・１５秒間収縮すると共に振動モジュール３０が強めに振動する。これにより、対象者がわずかな時間覚醒して、無呼吸が一時的に止まる。そして、対象者が再び眠りに落ちて、再び無呼吸が発生すると、再び上述の動作が実行される。よって、いびき軽減まくら１は、対象者の無呼吸が発生した場合でも、対象者を起こすことなく、無呼吸状態を回避することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された事項の範囲内で設計変更されたものにも適用可能である。

例えば、いびき検出器５０は、生体情報として、呼吸数及びいびき回数を検出したが、生体センサ５３の出力信号にさまざまなバンドパスフィルタを使用することで、心拍数や体動を検出してもよい。

また、エアバッグ１０の膨張時間、収縮時間、振動モジュール３０の振動時間は一例に過ぎず、本実施形態で示した時間に限定されるものではない。さらに、振動モジュール３０は、連続的に振動してもよいし、振動／停止のサイクルを繰り返し実行してもよいし、振動／停止のサイクル時間を徐々に変化させてもよい。

１いびき軽減まくら
１０エアバッグ
３０振動モジュール
５０いびき検出器
５３生体センサ

Claims

就寝中の対象者の背中の下に配置されるエアバッグと、
前記対象者の頭部が載せられるまくら本体と、
前記まくら本体に対して前記対象者の足側に設けられ、前記エアバッグを収納可能な袋部と、
前記袋部の中で、前記エアバッグの下側に配置された状態で、前記エアバッグと共に収納される板状部材と、
空気の伝搬方向に対して斜めになるように配置されたピエゾ素子を有し、前記エアバッグからの空気の振動に基づいて、前記ピエゾ素子からいびき及び呼吸検出用の生体信号を出力する生体センサと、
前記生体センサからの生体信号に基づいて、前記対象者の単位時間当たりの生体情報を検出し、前記生体情報が所定の閾値を超えた場合に、前記エアバッグを膨張させ、その後収縮させる制御を行う制御部と、
を備えたいびき軽減まくら。
前記対象者の頭部が置かれるまくら本体の内部に配置された振動発生部をさらに備え、
前記制御部は、前記生体情報が所定の閾値を超えた場合に、前記振動発生部を振動させる
請求項１に記載のいびき軽減まくら。
前記制御部は、前記生体センサから出力された信号であって、いびき検出用のフィルタ、呼吸検出用のフィルタをそれぞれ通過した信号を用いて、前記生体情報として単位時間当たりのいびき回数及び呼吸数を検出し、検出した前記いびき回数及び前記呼吸数に基づいて、前記エアバッグ及び前記振動発生部の動作を制御する
請求項２に記載のいびき軽減まくら。
エアコンプレッサと、
電磁弁と、
前記生体センサに接合された第１のパイプ、前記エアコンプレッサに接合された第２のパイプ、開閉動作が可能な前記電磁弁に接合された第３のパイプ、前記エアバッグに接合された第４のパイプのそれぞれの端部が１箇所で接合した空気分岐部と、をさらに備え、
前記生体センサは、前記エアバッグから、前記第４のパイプ、前記空気分岐部及び前記第１のパイプを介して伝搬された空気の振動に応じて前記生体信号を出力し、
前記制御部は、前記いびき回数が所定値を超えた場合に、前記エアコンプレッサを所定時間動作させることにより、前記エアコンプレッサの空気を、前記第２のパイプ、前記空気分岐部及び前記第４のパイプを介して前記エアバッグに供給し、前記エアコンプレッサの動作停止後に前記電磁弁を開かせることにより、前記エアバッグの空気を、前記第４のパイプ、前記空気分岐部、前記第３のパイプ及び前記電磁弁を介して外部に排出する
請求項３に記載のいびき軽減まくら。