JP6742377B2 - 睡眠段階を決定するシステム、方法及び可読媒体 - Google Patents
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- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2230/00—Measuring parameters of the user
- A61M2230/63—Motion, e.g. physical activity
Description
本出願は、2012年9月19日に出願されたアイルランド国仮特許出願第2012/
0409号の出願日の利益を主張し、その開示内容は、参照することによって本明細書の
一部をなすものとする。
えば、睡眠構築又は睡眠の質の評価において有用である場合がある。本技術を、呼吸障害
を診断し、治療し、改善するデバイスとともに、呼吸障害を防止する処置に対して実施す
ることができる。したがって、本技術は、呼吸障害を治療し、呼吸障害を防止する医療デ
バイス及びそれらの使用に関することができる。
成する。
り細く、より短く、かつより多くなっていく。肺の最も重要な機能は、酸素が空気から静
脈血内に移動することを可能にするとともに二酸化炭素が排出することを可能にするガス
交換である。気管は、左右の主気管支に分岐し、これらの主気管支は、最終的に終末細気
管支に更に分岐する。気管支は、誘導気道を構成し、ガス交換には関与しない。気道が更
に分岐すると、呼吸細気管支に至り、最終的には肺胞に至る。肺のこの胞状部位は、ガス
交換が行われる場所であり、呼吸域と呼ばれる。これについては、West, Respiratory Ph
ysiology- the essentialsを参照されたい。
側気道の閉鎖又は閉塞によって特徴付けられる。この閉塞性睡眠時無呼吸は、睡眠中に、
異常に小さな上気道と、舌、軟口蓋、及び中咽頭後壁の部位における筋緊張の正常欠損と
が組み合わさった結果生じる。この条件によって、罹患患者は、夜ごとに、時に200回
〜300回、通常は30秒〜120秒の継続時間の期間中、呼吸が停止する。この閉塞性
睡眠時無呼吸は、多くの場合、過度の日中の傾眠を引き起こし、心血管疾患及び脳損傷を
引き起こす場合がある。この症候群は、特に中高年の太りすぎの男性にとって一般的な障
害であるが、罹患した人は、その問題に気付いていない場合がある。これについては、米
国特許第4,944,310号(Sullivan)を参照されたい。
起こす漸増漸減する(waxing and waning)換気の律動的な交番周期が存在する患者の呼
吸調節器の障害である。CSRは、反復的な低酸素のために有害である可能性がある。患
者の中には、CSRが睡眠からの反復的な覚醒に結び付き、これによって、深刻な不眠、
交感神経作用の増大、及び後負荷の増加が引き起こされる者がいる。これについては、米
国特許第6,532,959号(Berthon-Jones)を参照されたい。
て他の既知の原因が存在しない状態での、重度の肥満と意識下慢性高炭酸ガス血症との組
合せとして定義される。症状は、呼吸困難、朝の頭痛、及び過剰の日中の眠気を含む。
定の特性を共通に有する下部気道疾患の群のうちの任意の下部気道疾患を包含する。これ
らは、空気移動に対する抵抗の増加、呼吸の呼気位相の延長、及び肺の正常弾性の喪失を
含む。COPDの例は、肺気腫及び気管支炎である。COPDは、慢性的喫煙(主要な危
険因子)、職業上の曝露、空気汚染、及び遺伝因子によって引き起こされる。症状は、運
動時呼吸困難、慢性咳、及び痰生成を含む。
神経病理によって間接的に筋肉の機能を損なう多くの疾患及び病気を包含する広義の用語
である。一部のNMD患者は、進行性筋肉障害を特徴とし、歩行不能となり、車椅子での
生活を強いられ、嚥下困難となり、呼吸筋が衰弱し、そして最終的には呼吸不全による死
がもたらされる。神経筋障害は、急速進行性及び緩徐進行性、すなわち、(i)数か月に
わたって悪化し、数年以内に死に至る筋肉損傷を特徴とする急速進行性障害(例えば、1
0代の少年少女の筋委縮性側索硬化症(ALS:Amyotropic lateral sclerosis)及びデ
ュシェンヌ筋ジストロフィ(DMD:Duchenne muscular dystrophy)、(ii)数年に
わたって悪化し、寿命を少し減少させるだけである筋肉損傷を特徴とする変わり易い又は
緩徐進行性障害(例えば、肢帯、顔面肩甲上腕型、及び筋緊張性筋ジストロフィ)に分類
することができる。NMDにおける呼吸不全の症状は、全体的衰弱、嚥下障害、運動時及
び安静時呼吸困難、疲労、眠気、朝の頭痛、並びに意識集中及び気分転換に関する困難さ
を含む。
障害は、通常、拘束性障害を特徴とし、長期高炭酸ガス血症的呼吸不全の可能性を共有す
る。脊柱側弯症及び/又は脊柱後側弯症は、重篤な呼吸不全をもたらす場合がある。呼吸
不全の症状は、運動時呼吸困難、末梢性浮腫、起座呼吸、反復される胸部感染、朝の頭痛
、疲労、不十分な睡眠品質、及び食欲不振を含む。
利用することができる。
睡眠呼吸障害を治療するのに用いられる1つの既知の製品は、ResMedによって製
造されたS9睡眠療法システムである。
閉塞性睡眠時無呼吸(OSA)を治療するために、経鼻持続気道陽圧(CPAP)療法
が用いられている。前提は、持続気道陽圧が空気圧式スプリントとして動作し、軟口蓋及
び舌を前方に押して中咽頭後壁から離すことによって上気道閉塞を防止することができる
ということである。
用いられている。
陽圧の空気の供給を患者の気道の入口に適用することは、鼻マスク、フルフェイスマス
ク、又は鼻ピロー(鼻枕)等の患者インタフェースの使用によって容易にされる。様々な
患者インタフェースデバイスが知られているが、それらの多くは、特に長期間装着すると
き又は患者がシステムに不慣れであるときに、目立ちすぎること、審美的に望ましくない
こと、フィット性が不十分であること、使用が難しいこと、及び不快であることのうちの
1つ又は複数の難点を有する。個人用保護具の一部として専ら飛行士用に設計されたマス
ク又は専ら麻酔薬の投与用に設計されたマスクは、それらの本来の用途に許容可能とする
ことができるが、それでも、長期間、例えば睡眠中の装着には、あいにく不快である場合
がある。
患者インタフェースは、通常、シール形成部分を含む。
部分がユーザの顔と対向して係合した状態で患者インタフェースに力がかけられるときに
、ユーザの顔に対して封止するように意図されている。シール形成部分は、空気若しくは
流体充填クッション、又はゴム等のエラストマーから作製された弾性シール要素の成形面
若しくは形成面を含むことができる。このタイプのシール形成部分では、フィット性が適
切でない場合、シール形成部分と顔との間に間隙があることになり、シールを達成するた
めに患者インタフェースを顔に接触させるように追加の力が必要になる。
て自己封止作用をもたらすようにマスクの周辺部に配置される薄い材料のフラップシール
を組み込む。シール形成部分の前述の方式と同様に、顔とマスクとの間の適合が十分でな
い場合、シールをもたらすために追加の力が必要である場合があり、そうでなければマス
クは漏れる場合がある。さらに、シール形成部分の形状が患者の形状と一致しない場合、
使用時にしわになるかまたはゆがんで、漏れを発生させる場合がある。
。患者によっては、自身の顔に常に接着剤を塗布し除去することが不都合であると感じる
場合がある。
下の特許出願に開示されている。すなわち、国際公開第1998/004,310号、同
第2006/074,513号、同第2010/135,785号である。
陽圧呼吸療法に使用される患者インタフェースのシール形成部分は、シールを妨害する
気圧の対応する力を受ける。したがって、シール形成部分を位置決めし、それを顔の適切
な部分と封止関係で維持するように、種々の技法が使用されてきた。
534号を参照されたい。
ハーネスの多くは、フィット性が悪く、かさばり、不快でありかつ使い難いことのうちの
1つ又は複数の難点を有する。
患者インタフェースシステムの形態によっては、吐き出される二酸化炭素のウォッシュ
アウトを可能にする通気孔を含むことができる。多くのこうした通気孔は騒音がある。使
用時に閉塞し、十分なウォッシュアウトを提供しない通気孔もある。通気孔によっては、
騒音又は集中した気流により、患者1000の同床者1100の睡眠を妨げる場合がある
。
998/034,665号、同第2000/078,381号、米国特許第6,581,
594号、米国特許出願公開第2009/0050156号、米国特許出願公開第200
9/0044808号を参照されたい。
を用いて測定された、1つの標本のみ)
鼻ピローの1つの形態は、Puritan Bennettによって製造されているAdam Circuitに見
られる。別の鼻ピローまたは鼻パフ(nasal puff)は、Puritan-Bennett Corporationに
譲渡された米国特許第4,782,832号(Trimble他)の主題である。
T鼻ピローマスク、SWIFT II鼻ピローマスク、SWIFT LT鼻ピローマスク
、SWIFT FX鼻ピローマスク及びLIBERTYフルフェイスマスクである。ResM
ed Limitedに譲渡された以下の特許出願は、鼻ピローマスクについて記載している。すな
わち、国際公開第2004/073,778号(特に、ResMed SWIFT鼻ピロ
ーの態様について記載している)、米国特許出願公開第2009/0044808号(特
に、ResMed SWIFT LT鼻ピローの態様について記載している)、国際公開
第2005/063,328号及び同第2006/130,903号(特に、ResMe
d LIBERTYフルフェイスマスクの態様について記載している)、国際公開第20
09/052,560号(特に、ResMed SWIFT FX鼻ピローの態様につい
て記載している)である。
陽圧の空気は、通常、モータ駆動ブロワ等のPAPデバイスによって患者の気道に供給
される。このブロワの放出口は、可撓性の送達導管を介して、上記に説明したような患者
インタフェースに接続される。
睡眠情報は、呼吸問題を処置及び/又は診断するために有用である場合があり、又は単
に健康をモニタリングするために有用である場合がある。現時点では、人の睡眠段階は、
通常、睡眠ポリグラフ検査と呼ばれる実験室ベースの測定を用いて決定される。睡眠ポリ
グラフ検査では、呼吸、心電図検査(ECG)、脚の動き及び電気眼球図記録(EOG)
等の他のパラメータに加えて、幾つかの脳波図(EEG)読取値を取得することが一般的
である(EEGは、頭皮において電極を用いて測定することができる脳活動によって発生
するマイクロボルト電位である)。Rechtschaffen and Kales(R&K)によって最初に
開拓された業績に基づいて、現在では、人の睡眠を30秒エポック(epoch)でスコアリ
ングし、これらのエポックを、睡眠段階ラベルを用いてラベル付けすることが通例である
。
覚醒−これは、人が完全に覚醒しているときであり、通常は8Hz〜14Hzの範囲(
アルファ波と呼ばれることが多い)にある(眼が閉じられているときの)後頭部EEGチ
ャネルにおける正の優位律動によって特徴付けられる。
段階N1−これは、最も浅い睡眠段階であり、エポックの50%を超えてアルファ波が
混在する複数の周波数での幾つかの低振幅波が現われることによって特徴付けられる。頭
蓋頂鋭波(sharp vertex wave)、EOGにおける幾分か遅い眼球運動及び/又はEEG
の周波数の全体的な低下がある場合もある。
段階N2−これは、わずかに深い睡眠の段階であり、混合周波数信号の背景に睡眠紡錘
波及びK複合が現われることによって特徴付けられる。睡眠紡錘波は、相対的に高い周波
数活動(たとえば、12Hzを超える)のバーストである。K複合は、約1秒〜2秒続く
明確な隔離された両極性の波である。
段階N3は、最も深い睡眠の段階である(最初のR&K分類では、段階3及び段階4と
呼ばれる2つの明確な段階があった)。これは、エポックの少なくとも20%に対して低
速な波(例えば、1Hz〜2Hz周波数)が現われることによって特徴付けられる。
段階R(レム)−これは、急速眼球運動睡眠であり、EOG信号における明確な活動の
存在を通して明らかである。記録されるEEG信号は、通常、段階N1又は更には覚醒と
極めて類似している。
米国特許第5732696号において考察されている。そのシステムは、コンピュータを
用いてPSGデータにおいて基本パターン(上述した睡眠紡錘波等)を探し、その後、確
率的重み付けを用いて各エポックをスコアリングする。しかしながら、睡眠段階を決定す
る問題に対するこの手法は、睡眠ポリグラム信号の完全な組を測定することが技術的に困
難であることによって制限され、したがって、2晩以上実施することが困難でありかつ面
倒である。
の手法は、アクティグラフィを使用することであり、そこでは、小型の動きセンサ(例え
ば、加速度計)が、ユーザにより、通常は腕時計の形態で着用される。しかしながら、こ
うしたシステムには、睡眠と覚醒とを識別することしかできず、睡眠障害のある患者にお
いて精度が不十分であるという不都合がある。
常であるか、各エポックに対する状態を決定するように処理されるECG信号を用いる睡
眠モニタリングシステムについて記載している。
号、呼吸信号及び心拍信号をモニタリングすることにより、睡眠状態等の生理学的徴候を
モニタリングするシステムについて記載している。データの流れに対して分類器モデルが
適用される。
出願公開第20090131803号(Heneghan他)に記載されている。これは、覚醒状
態から睡眠を識別するために、ECG信号及び優位呼吸周波数の振幅変調等の心電図信号
及び呼吸信号から導出された信号特性を結合する。
を用いて睡眠時無呼吸を検出する方法について記載している。
指尖容積脈波(PPG)データを用いる睡眠モニタリングに対する手法について記載して
いる。これらは、歩行中に装着可能なホルタモニタ及びパルスオキシメータを用いて検知
することができる。
する米国特許第5,280,791号において考察されている。睡眠の段階を決定するた
めに、心臓R−R間隔のパワースペクトルが計算される。
測定し、心拍間間隔を解析し、被験者が睡眠段階(浅い睡眠、徐波睡眠、レム)にあるか
否かを判断するために、プレチスモグラフ、レーダ、マイクロフォン、加速度計等の非E
CGデバイスを使用することを考察している。
用される。
選択的に、改善された快適さ、コスト、効果、使い易さ及び製造可能性のうちの1つ又は
複数を有する、呼吸障害の診断、改善、治療又は防止に用いることができる。
施形態及び態様を提供する。
階を導出する装置、システム及び方法が提供される。提供される睡眠段階は、深い睡眠と
他の全ての睡眠の段階とを識別することができ、すなわち深い睡眠、浅い睡眠及びレム睡
眠を更に識別することができる。これに関して、深い睡眠は、米国睡眠医学会によって定
義されるような段階N3を指す。段階N1及びN2は、まとめて「浅い睡眠」と呼ばれる
。体動及び呼吸運動を、感圧マットレス又は無線周波数動きセンサ等の非侵襲的センサを
通して得ることができる。最近のセンサは、完全に非接触センサでもあり、それは、ユー
ザが、センサと機械的に接触する必要がないためである(圧力センサの場合、幾分かの接
触は必要である)。
接触も不要とすることができ、例えば、ECG、インダクタンス・プレチスモグラフ又は
生体インピーダンス信号は取得されず、(b)心臓情報を取得する必要もなくすことがで
き、睡眠状態の推定は、動き信号及び呼吸信号のみに対して行われる。したがって、提案
される技術は、従来技術による問題の少なくともいくつかを克服若しくは改善し、又は有
用な代替物を提案する。
ベッドサイドテーブルの上に配置することができる。センサの動作を、センサから所定距
離に制限することができるように、センサを、距離ゲート式(range gated)とすること
ができ、それにより、センサに対して必要な空間分解能が与えられる。センサユニットは
、プロセッサ及びディスプレイと通信することができ、1つの態様では、センサ、プロセ
ッサ及びディスプレイは、物理的に同じユニットに実装することができる。プロセッサを
用いて、呼吸及び動きに関する情報、並びに睡眠段階等のより高次の情報を抽出すること
ができる。ディスプレイは、一続きの夜通しの睡眠段階を表示する等、通常は夜の終りに
ユーザにフィードバックを提供するように構成することができる。睡眠の存在を用いるこ
とで周囲温度、周囲照明レベル、周囲騒音又は周囲のにおい等の環境因子を制御すること
ができるように、フィードバックをリアルタイムで提供することもできる。フィードバッ
クを用いて、ラジオ、テレビ又は他の娯楽装置等の電子装置を制御することもできる。1
つの態様では、完成したシステムは、以下のうちの1つ又は複数を含むことができる。す
なわち、動きセンサ(全体的な体動及び呼吸を検出する)、処理機能(呼吸及び動きに直
接関連する信号を導出し、したがって睡眠段階を導出する)、表示機能(視覚的フィード
バックを提供する)、照明及び又は明るさ制御機能(部屋の明るさを変更する)、音声機
能(音響フィードバックを提供する、例えば、睡眠段階によって振幅が変化する白色雑音
発生器)及び/又は取得されたデータを別個のユニットに送信する通信機能(有線又は無
線)である。同じか又は別個のユニットを、上述した処理機能、表示機能、照明機能及び
音声機能を実行するように構成することができる。別個のユニットは、携帯電話又はタブ
レットコンピュータ等のローカルデバイスとすることができ、又はリモートコンピュータ
とすることができる。
周波数信号を受信するように構成された1つ又は複数のセンサによって呼吸及び/又は動
き信号を測定する。プロセッサは、反射信号を解析して、動き及び呼吸の測定値を求め、
従って睡眠段階を決定するように構成されており、ディスプレイは、システムのユーザに
対して、呼吸、動き及び睡眠段階のうちの1つ又は複数に関連する選択された情報を提供
するように構成されている。システムは、生きている被験者から反射される無線周波数信
号を発生させる送信機を更に備えることができ、システムによって放出される出力レベル
は、人に連続して使用するには安全である。
射される無線周波数信号を受信するステップと、反射信号を解析して動き及び呼吸に関す
る測定値、したがって睡眠段階を生成するステップと、システムのユーザに、画面に表示
することができる選択された情報を提供するステップと、を含む。
被験者の体動及び呼吸運動に関する1つ又は複数の信号を検出するステップと、
検出信号の少なくとも一部を解析して、呼吸数(呼吸速度)及び/又は呼吸振幅の変動
を計算するステップと、
呼吸変動を体動検出と結合して睡眠段階を決定するステップと、
を含む。
の動き信号(全体的な又は生の検出された動き信号)を取得し、周波数領域フィルタリン
グを用いることによって、それを「呼吸」及び「非呼吸」に分割する処理手段が提供され
る(例えば、大部分の呼吸努力信号は0.5Hz未満であるため、ローパスフィルタは、
信号の呼吸関連部分のみを隔離することができる)。そして、呼吸数及び呼吸振幅を、信
号のこの部分のみから計算することができる。しかしながら、非呼吸信号動き成分は、通
常、睡眠状態を決定するためにも有用である動きを反映するため、本方法は、全体的な/
生の検出信号を解析して、被験者の睡眠段階を分類することを含むことができる。好まし
くは、1つ又は複数の信号の検出は、非接触式に行われる。
、出力が睡眠又は覚醒のみである簡略化された睡眠段階計算を含む。1つの実施形態では
、検出信号は、被験者の呼吸数を推定するために処理される。1つの実施形態では、検出
信号は、被験者の呼吸振幅を推定するために処理される。好ましくは、呼吸数の推定が、
エポック単位で(例えば、30秒エポックにわたって)行われる。1つの実施形態では、
解析は、測定された呼吸信号の振幅の変動と振幅閾値との比較に応じて、呼吸安定閾値を
選択することを含む。好ましくは、解析は、測定された呼吸数信号の変動と閾値との比較
に応じて呼吸数安定閾値を選択することを含む。
各々の呼吸数の最小値及び最大値に基づいて、呼吸数範囲を計算することを含む。好まし
くは、本方法は、
a.エポックに対して、計算された呼吸範囲を選択された安定閾値と比較するステップ
と、
b.計算された呼吸範囲が選択された安定閾値より小さい場合はエポックを深い睡眠と
して分類し、そうでない場合は、エポックを浅い睡眠として分類するステップと、
を含む。
シーケンス長をカウントするステップと、最後の浅い睡眠エポック以後に遭遇した深い睡
眠エポックの先行するエポックの数が所定数未満である場合に、これらのエポックを浅い
睡眠として再分類するステップと、を含む。1つの実施形態では、所定数は5である。
、深い睡眠又はレム睡眠のいずれかとして分類するステップを含む。
ントロピー解析から導出される特徴の組合せが閾値よりそれぞれ小さいか又は大きいかに
基づいて、深い睡眠期間又はレム睡眠期間のいずれかとして分類するステップを含む。1
つの実施形態では、非接触無線周波数ベースのセンサが使用され、解析は、送信機の位相
空間において90°離れた位置から観察される検出された動きを表す直交信号I及びQを
提供する。
る。1つの実施形態では、解析は、呼吸数及び振幅の変動を用いてレム睡眠を識別し、呼
吸数の相対的に高い変動の期間はレム睡眠期間の指示としてみなされ、呼吸数の相対的に
低い変動の期間は、深い睡眠の状態に関連するものとしてみなされる。1つの実施形態で
は、解析は、予測可能な時系列に対して相対的に低い値を想定し、時間系列がより可変に
なるほど相対的に高い値を想定する近似エントロピーを用いて、時系列の変動を評価する
ことを含む。好ましくは、解析は連続した呼吸数及び呼吸振幅推定値を提供し、その後、
呼吸数はセグメントで2つの処理ブロックに供給され、そこではブロックは、信号のその
セグメントの近似エントロピーであるエポックに対する単一の数を出力する。
体動及び呼吸関連運動に関連する1つ又は複数の信号を検出するように構成された1つ
又は複数のセンサと、検出された信号の少なくとも一部を解析して、呼吸数及び/又は呼
吸振幅の変動を計算し、呼吸変動を体動検出と結合して睡眠段階を決定するように構成さ
れたプロセッサと、
を備えるシステムを提供する。
ある。1つの実施形態では、少なくとも1つの非接触センサは無線周波数ベースのセンサ
である。1つの実施形態では、少なくとも1つの非接触無線センサは距離ゲート式である
。
むことができる。本方法は、被験者の体動及び/又は呼吸運動に関連する複数の信号にア
クセスするステップを含むことができる。本方法は、処理するために複数の信号のうちの
1つを選択するステップを含むことができる。本方法は、選択された信号をウェーブレッ
ト変換によって処理するステップを含むことができる。本方法は、変換された信号に対応
するマスクを生成するステップを含むことができる。本方法は、マスクに従って、変換さ
れた信号から特徴を抽出するステップも含むことができる。本方法は、抽出された特徴に
基づいて睡眠段階を分類するステップも含むことができる。
の信号のうちの1つを選択することができる。場合によっては、本方法は、プロセッサに
より、変換された信号から呼吸統計量を抽出するステップを更に含むことができ、睡眠段
階を分類するステップは、呼吸統計量に更に基づくことができる。呼吸統計量は、呼吸間
隔の平均、呼吸振幅の平均、呼吸間隔の変動、及び呼吸振幅の変動、のうちの1つ又は複
数を含むことができる。
けるパワー、及び近似係数におけるパワーのうちの1つ又は複数を含むことができる。任
意選択的に、生成されたマスクは、変換された信号の特定部分に対するノイズを示すこと
ができる。生成されたマスクは、変換された信号のバイナリマップとすることができる。
分類された睡眠段階のパターンを検出するステップと、検出されたパターンに基づいて誤
った分類を補正するステップと、を更に含むことができる。任意選択的に、本方法は、分
類された睡眠段階を表示するステップを更に含むことができる。睡眠段階は、覚醒段階、
浅い睡眠段階、深い睡眠段階及びレム睡眠段階のうちの1つ又は複数の一連を含むことが
できる。
ムによって実施することができる。本システムは、体動及び呼吸関連運動に関連する複数
の信号を検出するように構成された1つ又は複数のセンサを含むことができる。本システ
ムはまた、複数の信号を処理し、複数の信号のうちの1つを処理するために選択し、選択
された信号をウェーブレット変換によって処理し、変換された信号に対応するマスクを生
成し、マスクに従って、変換された信号から特徴を抽出し、抽出された特徴に基づいて睡
眠段階を分類するように構成されているプロセッサもまた含むことができる。場合によっ
ては、1つ又は複数のセンサのうちの少なくとも1つは非接触センサであり、それは、無
線周波数ベースのセンサ又は距離ゲート式のセンサとすることができる。本システムは、
呼吸治療装置を更に含むことができる。呼吸治療装置は、患者インタフェースに結合する
ように適合された流れ発生器(フロージェネレータ)を含むことができる。呼吸治療装置
は、流れ発生器の治療動作を設定するように構成されたコントローラも含むことができる
。コントローラは、プロセッサと通信し、決定した睡眠段階に部分的に基づいて、治療圧
力を制御するように構成することができる。
書において任意の実施形態に記載されているような方法のうちのいずれかの方法のステッ
プを実行するように適合されたソフトウェアコードを含むコンピュータ可読媒体を提供す
る。
た、これらの部分態様及び/又は態様のうちの様々なものは、様々な方法で組み合わせる
ことができ、本技術の追加の態様又は部分態様も構成することができる。
る情報を検討することから明らかになるであろう。
、同様の参照符号は、以下のものを含む類似の要素を参照する。
ができ、本技術はこれらの例に限定されるものではないことが理解されるべきである。こ
の開示において用いられる術語は、本明細書において論述する特定の例のみを説明するた
めのものであり、限定を意図するものではないことも理解されるべきである。
1つの形態では、本睡眠段階モニタ技術は、睡眠障害を治療する装置内に組み込むこと
ができ、又はそれと通信(有線又は無線)することができる。本装置は、空気等の加圧呼
吸ガスを、患者インタフェース3000に通じる空気送達チューブを介して患者1000
に供給する流れ発生器又はブロワを備えることができる。
1つの形態では、本技術は、睡眠段階モニタによって行われる睡眠段階の特定の検出に
応答するか又はそれに基づく等、患者1000の気道の入口に陽圧を印加するか又はその
陽圧を調整するステップを含む、呼吸障害を治療する方法を含む。治療(例えば陽圧)は
、CPAP治療、自動気道陽圧(automatic titrating pressure)(APAP)、二相性
PAP又は他の適切な呼吸治療等の任意のタイプとすることができる。
例えば、1つの形態では、本技術は、経鼻持続気道陽圧を患者に印加することによって
患者の閉塞性睡眠時無呼吸を治療する方法を含む。
患者の鼻通路に提供される。
本技術の1つの態様による非侵襲的患者インタフェース3000は、任意選択的に、次
の機能的態様、すなわち、シール形成構造体3100、プレナムチャンバ3200、位置
決め安定化構造体3300、及び空気回路4170への接続用の接続ポート3600のう
ちの1つ又は複数を備えることができる。幾つかの形態では、機能的態様は、1つ又は複
数の物理的部品によって提供することができる。幾つかの形態では、1つの物理的部品は
、1つ又は複数の機能的態様を提供することができる。使用の際、シール形成構造体31
00は、気道への陽圧の空気の供給を容易にするために、患者の気道への入口を取り囲む
ように配置される。
本技術の1つの形態では、シール形成構造体3100が、封止形成面を提供し、緩衝機
能を更に提供することができる。
料から構成することができる。
ジ3120を備えている。好ましくは、封止フランジ3110は、プレナムチャンバ32
00の外周部3210の周囲に延在する、厚さが約1mm未満、例えば約0.25mmか
ら約0.45mmの相対的に薄い部材を含む。支持フランジ3120を、封止フランジ3
110より相対的に厚くすることができる。支持フランジ3120は、封止フランジ31
10とプレナムチャンバ3200の周縁エッジ3220との間に配置され、少なくとも外
周部3210の一部に延在している。支持フランジ3120は、ばね状要素であるか又は
それを含み、使用時に封止フランジ3110を座屈しないように支持するように機能する
。使用時、封止フランジ3110は、プレナムチャンバ3200内のシステム圧力に容易
に応答し、その下側に作用してそれを顔と密に封止係合させる。
パフ又は鼻ピローを備え、各鼻パフ又は鼻ピローは、患者の鼻のそれぞれの鼻孔とのシー
ルを形成するように構成及び配置されている。
る円錐台(frusto-cone)と、柄と、錐体の下側の、錐体を柄に接続する可撓性領域とを
含む。さらに、本技術の鼻ピローが接続される構造体は、柄の基部に隣接する可撓性領域
を含む。それらの可撓性領域は共に作用して、円錐台と鼻ピローが接続される構造体との
相対移動(変位及び角度の両方)に適応する自在継手構造を促進することができる。例え
ば、円錐台を、柄が接続される構造体に向かって軸方向に変位させることができる。
領域(すなわち、上唇)に対するシールを形成するシール形成部分を備えている。
に対するシールを形成するシール形成部分を備えている。
好ましくは、プレナムチャンバ3200は、使用時にシールが形成される領域において
平均的な人の顔の表面輪郭に対して相補的であるような形状の外周部3210を有してい
る。使用時、プレナムチャンバ3200の周縁エッジ3220は、顔の隣接面に近接して
配置される。顔との実際の接触は、シール形成構造体3100によって提供される。好ま
しくは、シール形成構造体3100は、使用時にプレナムチャンバ3200の外周部32
10全体に延在する。
好ましくは、本技術の患者インタフェース3000のシール形成部分は、使用時に位置
決め及び安定化構造体3300によって封止位置で保持される。
1つの形態では、患者インタフェース3000は、吐き出される二酸化炭素のウォッシ
ュアウトを可能にするように構成され配置された通気孔3400を含む。
、又は約40〜約60の孔、又は約45〜約55の孔を備えている。
気孔3400は、分離構造体3500、例えばスイベル3510に位置している。
1つの形態では、患者インタフェース3000は、少なくとも1つの分離構造体350
0、例えばスイベル3510又はボールソケット3520を含む。
接続ポート3600が、空気回路4170への接続を可能にする。
1つの形態では、患者インタフェース3000は額支持体3700を含む。
1つの形態では、患者インタフェース3000は窒息防止弁3800を含む。
本技術の1つの形態では、患者インタフェース3000は、プレナムチャンバ3200
内の空間(volume)へのアクセスを可能にする1つ又は複数のポートを含む。1つの形態
では、これにより、臨床医が補助酸素を供給することが可能になる。1つの形態では、こ
れにより、圧力等、プレナムチャンバ3200内のガスの特性を直接測定することが可能
になる。
本技術の1つの態様による例示的なPAPデバイス4000は、機械部品及び空気圧部
品4100、電気部品4200を用いて形成することができ、1つ又は複数のアルゴリズ
ム4300を実行するようにプログラムすることができる。このPAPデバイスは、好ま
しくは、外部ハウジング4010を有する。外部ハウジング4010は、好ましくは、外
部ハウジング4010の上側部分4012及び外部ハウジング4010の下側部分401
4の2つの部分で形成される。代替の形態では、外部ハウジング4010は、1つ又は複
数のパネル4015を備えることができる。PAPデバイス4000は、好ましくは、P
APデバイス4000の1つ又は複数の内部部品を支持するシャーシ4016を備える。
1つの形態では、空気圧ブロック(pneumatic block)4020が、シャーシ4016に
よって支持されるか、又はその一部分として形成される。PAPデバイス4000は、取
っ手4018を備えることができる。
入口マフラ4122、陽圧の空気を供給することが可能な制御可能圧力デバイス4140
(好ましくは、ブロワ4142)、及び放出口マフラ4124を備える。1つ又は複数の
圧力センサ及び流量センサが、空気経路に備えられる。
置する部分を含む。
イス4220、中央コントローラ4230、療法デバイスコントローラ4240、療法デ
バイス4245、1つ又は複数の保護回路4250、メモリ4260、トランスデューサ
4270、データ通信インタフェース4280、及び1つ又は複数の出力デバイス429
0を有する。電気部品4200は、単一のプリント回路基板アセンブリ(PCBA)42
02上に実装することができる。代替の形態では、PAPデバイス4000は、2つ以上
のPCBA4202を備えることができる。
4310、療法エンジンモジュール4320、圧力制御モジュール4330及びさらに好
ましくは故障状態モジュール4340を含む、1つ又は複数のアルゴリズムモジュール4
300を実行するようにプログラムされる。
4.1.1 エアフィルタ(複数の場合もある)4110
本技術の1つの形態によるPAPデバイスは、1つのエアフィルタ4110、又は複数
のエアフィルタ4110を備えることができる。
142の上流に位置している。図4bを参照されたい。
ック4020の放出口と患者インタフェース3000との間に位置している。図4bを参
照されたい。
本技術の1つの形態では、吸入口マフラ4122は、空気経路においてブロワ4142
の上流に位置している。図4bを参照されたい。
と患者インタフェース3000との間に位置している。図4bを参照されたい。
本技術の1つの例示的な形態では、陽圧の空気の流量を生成するための圧力デバイス4
140は、制御可能ブロワ4142である。例えば、このブロワは、ボリュート(volute
:渦巻き形室)内に収容された1つ又は複数のインペラを有するブラシレスDCモータ4
144を備えることができる。ブロワは、好ましくは、約4cmH2O〜約20cmH2
Oの範囲、又は他の形態では約30cmH2Oまでの陽圧の空気の供給を、例えば約12
0リットル/分で送達することが可能である。
きる。
本技術の1つの形態では、1つ又は複数のトランスデューサ4270が、圧力デバイス
4140の上流に位置する。この1つ又は複数のトランスデューサ4270は、空気経路
のその地点における空気の性質を測定するように構成及び準備されている。
4140の下流であって、空気回路4170の上流に位置する。この1つ又は複数のトラ
ンスデューサ4270は、空気経路のその地点における空気の性質を測定するように構成
及び準備されている。
ェース3000に近接して位置する。
本技術の1つの形態では、アンチスピルバック弁が、加湿器5000と空気圧ブロック
4020との間に位置している。このアンチスピルバック弁は、水分が加湿器5000か
ら例えばモータ4144へ上流に向けて流れる危険性を低減するように構成及び準備され
ている。
本技術の一態様による空気回路4170は、空気圧ブロック4020と患者インタフェ
ース3000との間での空気又は呼吸に適したガスの流れを可能にするように構成及び準
備されている。
本技術の1つの形態では、補助酸素4180が、空気経路における或る地点に送達され
る。
される。
れる。
4.2.1 基本PAPデバイス
PAPデバイス4000等の幾つかの基本PAPデバイスは、本質的には処理機能を含
まない電気機械デバイスである。
電源装置4210は、基本PAPデバイス4000の他の部品、すなわち入力デバイス
4220、中央コントローラ4230、療法デバイス4245及び出力デバイス4290
に電力を供給する。
ング4010の内部にある。本技術の別の形態では、電源装置4210は、PAPデバイ
ス4000の外部ハウジング4010の外部にある。
入力デバイス4220は、人がPAPデバイス4000と対話するのを可能にするボタ
ン、スイッチ又はダイアルを含む。ボタン、スイッチ又はダイアルは、物理デバイス、又
はタッチスクリーンを介してアクセス可能なソフトウェアデバイスとすることができる。
ボタン、スイッチ又はダイアルは、1つの形態では、外部ハウジング4010に物理的に
接続することができ、又は別の形態では、中央コントローラ4230に電気的に接続され
る受信機と無線通信することができる。
択するのを可能にするように構成及び配置することができる。
本技術の1つの形態では、中央コントローラ4230は、入力デバイス4220から入
力信号(複数の場合もある)を受け取り、出力デバイス4290及び/又は療法デバイス
コントローラ4240に出力信号(複数の場合もある)を提供するように構成された専用
電子回路である。
態では、中央コントローラ4230は、個別電子部品を備えている。
本技術の1つの形態では、療法デバイス4245は、中央コントローラ4230の制御
の下で患者1000に療法を送達するように構成されている。好ましくは、療法デバイス
4245は、陽圧空気デバイス4140である。
本技術による出力デバイス4290は、視覚出力、音声出力及び触覚出力のうちの1つ
又は複数の形態をとることができる。視覚出力は、液晶ディスプレイ(LCD)又は発光
ダイオード(LED)ディスプレイとすることができる。音声出力は、スピーカ又は音声
トーンエミッタとすることができる。
4.2.2.1 電源装置4210
本技術の1つの形態では、電源装置4210は、PAPデバイス4000の外部ハウジ
ング4010の内部にある。本技術の別の形態では、電源装置4210は、PAPデバイ
ス4000の外部ハウジング4010の外部にある。
提供する。本技術の別の形態では、電源装置4210は、電力をPAPデバイス4000
及び加湿器5000の双方に提供する。
本技術の1つの形態では、PAPデバイス4000は、人がこのデバイスとインタラク
トすることを可能にするボタン、スイッチ、又はダイアルの形態の1つ又は複数の入力デ
バイス4220を備える。これらのボタン、スイッチ、又はダイアルは、物理デバイスと
することもできるし、タッチスクリーンを介してアクセス可能なソフトウェアデバイスと
することもできる。これらのボタン、スイッチ、又はダイアルは、1つの形態では、外部
ハウジング4010に物理的に接続することもできるし、別の形態では、中央コントロー
ラ4230に電気接続されている受信機と無線通信することもできる。
ることを可能にするように構成及び準備することができる。
本技術の1つの形態では、中央コントローラは、x86INTELプロセッサ等の、P
APデバイス4000を制御するのに好適なプロセッサとすることができる。
、ARM Holdings社が提供しているARM Cortex−Mプロセッサに基づくプロセッ
サを含む。例えば、ST MICROELECTRONICS社が提供しているSTM32シリーズのマイク
ロコントローラを用いることができる。
ロセッサは、ARM9ベースの32ビットRISC CPUファミリから選択されたメン
バを含む。例えば、ST MICROELECTRONICS社が提供しているSTR9シリーズのマイクロ
コントローラを用いることができる。
000用のプロセッサとして用いることができる。例えば、TEXAS INSTRUMENTS社によっ
て製造されたMSP430ファミリのマイクロコントローラからのプロセッサを用いるこ
とができる。
イス4220から入力信号(複数の場合もある)を受信するように構成されている。
信インタフェース4280、及び加湿器コントローラ5250のうちの1つ又は複数に出
力信号(複数の場合もある)を提供するように構成されている。
読記憶媒体に記憶されたコンピュータプログラムとして表された1つ又は複数のアルゴリ
ズム4300等の本明細書において説明する1つ又は複数の方法論を実施するように構成
されている。幾つかの場合には、前に論述したように、そのようなプロセッサ(複数の場
合もある)は、PAPデバイス4000と統合することができる。しかしながら、幾つか
のデバイスでは、プロセッサ(複数の場合もある)は、呼吸治療の送達を直接制御するこ
となく、本明細書において説明する方法論のうちの任意のものを実行する等の目的で、P
APデバイスの流量生成部品とは別個に実装することができる。例えば、そのようなプロ
セッサは、本明細書において説明するセンサのうちの任意のもの等からの記憶されたデー
タの解析によって、人工呼吸器又は他の呼吸関連事象の制御設定を求める目的で、本明細
書において説明する方法論のうちの任意のものを実行することができる。
好ましくは、PAPデバイス4000は、プロセッサに接続されたクロック4232を
備える。
本技術の1つの形態では、療法デバイスコントローラ4240は、プロセッサによって
実行されるアルゴリズム4300の一部分を形成する圧力制御モジュール4330である
。
制御集積回路である。例えば、1つの形態では、ONSEMI社によって製造されたMC330
35ブラシレスDCモータコントローラが用いられる。
好ましくは、本技術によるPAPデバイス4000は、1つ又は複数の保護回路425
0を備える。
。
本技術の1つの形態によれば、PAPデバイス4000は、メモリ4260、好ましく
は不揮発性メモリを備える。幾つかの形態では、メモリ4260は、バッテリ駆動スタテ
ィックRAMを含むことができる。幾つかの形態では、メモリ4260は、揮発性RAM
を含むことができる。
EEPROM又はNANDフラッシュの形態とすることができる。
のもの、例えば、セキュアデジタル(SD)標準規格に従って作製されたメモリカードを
備える。
、本明細書に記載する1つ又は複数の方法を表すコンピュータプログラム命令が格納され
るコンピュータ可読記憶媒体として作用する。
トランスデューサは、デバイスの内部に存在することもできるし、PAPデバイスの外
部に存在することもできる。外部のトランスデューサは、例えば、空気送達回路、例えば
患者インタフェースに位置することもできるし、その一部分を成すこともできる。外部の
トランスデューサは、データをPAPデバイスに送信又は転送するドップラレーダ移動セ
ンサ等の非接触センサの形態とすることができる。
本技術による流量トランスデューサ4274は、差圧トランスデューサ、例えば、SENS
IRION社が提供しているSDP600シリーズの差圧トランスデューサに基づくことがで
きる。この差圧トランスデューサは、空気圧回路と流体連通し、圧力トランスデューサの
それぞれのものは、流量制限要素におけるそれぞれの第1の地点及び第2の地点に接続さ
れる。熱線式空気流量センサ等の他の流量センサを実施することができる。
よって受け取られる。
本技術による圧力トランスデューサ4272は、空気圧回路と流体連通して位置してい
る。好適な圧力トランスデューサの一例は、HONEYWELL社のASDXシリーズからのセン
サである。代替の好適な圧力トランスデューサは、GENERAL ELECTRIC社が提供しているN
PAシリーズからのセンサである。
。1つの形態では、圧力トランスデューサ4272からの信号は、プロセッサによって受
信される前にフィルタリングされる。
本技術の1つの形態では、モータ速度信号4276が生成される。モータ速度信号42
76は、好ましくは、療法デバイスコントローラ4240によって提供される。モータ速
度は、例えば、ホール効果センサ等の速度センサが生成することができる。
本技術の1つの好ましい形態では、データ通信インタフェース4280が設けられ、プ
ロセッサに接続される。データ通信インタフェース4280は、好ましくは、リモート外
部通信ネットワーク4282に接続可能である。データ通信インタフェース4280は、
好ましくは、ローカル外部通信ネットワーク4284に接続可能である。好ましくは、リ
モート外部通信ネットワーク4282は、リモート外部デバイス4286に接続可能であ
る。好ましくは、ローカル外部通信ネットワーク4284は、ローカル外部デバイス42
88に接続可能である。
別の形態では、データ通信インタフェース4280は、プロセッサとは別個の集積回路で
ある。
ータ通信インタフェース4280は、(例えば、イーサネット(登録商標)又は光ファイ
バを介した)有線通信、又は無線プロトコルを用いてインターネットに接続することがで
きる。
録商標)又は民生赤外線プロトコル等の1つ又は複数の通信標準規格を利用する。
えばネットワークコンピュータのクラスタである。1つの形態では、リモート外部デバイ
ス4286は、物理コンピュータではなく、仮想コンピュータとすることができる。いず
れの場合も、そのようなリモート外部デバイス4286は、臨床医等の適切に認可された
人にアクセス可能とすることができる。
タブレット、又はリモコンである。
本技術による出力デバイス4290は、視覚ユニット、オーディオユニット、及び触覚
ユニットのうちの1つ又は複数の形態を取ることができる。視覚ディスプレイは、液晶デ
ィスプレイ(LCD)又は発光ダイオード(LED)ディスプレイとすることができる。
ディスプレイドライバ4292は、ディスプレイ4294上での表示を目的とした文字
、シンボル、又は画像を入力として受け取り、ディスプレイ4294にそれらの文字、シ
ンボル、又は画像を表示させるコマンドにそれらを変換する。
ディスプレイ4294は、ディスプレイドライバ4292から受信されたコマンドに応
答して文字、シンボル、又は画像を視覚的に表示するように構成されている。例えば、デ
ィスプレイ4294は、8セグメントディスプレイとすることができる。この場合、ディ
スプレイドライバ4292は、数字「0」等の各文字又は各シンボルを、8つのそれぞれ
のセグメントが特定の文字又はシンボルを表示するようにアクティブ化されるか否かを示
す8つの論理信号に変換する。
4.3.1 前処理モジュール4310
本技術による前処理モジュール4310は、トランスデューサ、例えば流量トランスデ
ューサ又は圧力トランスデューサから未処理データ(生のデータ)を入力として受信し、
好ましくは、別のモジュール、例えば療法エンジンモジュール4320への入力として用
いられる1つ又は複数の出力値を計算する1つ又は複数のプロセスステップを実行する。
、呼吸流量Qr、及び漏れ流量Qlを含む。
、圧力補償アルゴリズム4312、通気孔流量アルゴリズム(vent flow)4314、漏
れ流量アルゴリズム4316、呼吸流量アルゴリズム4318、及びジャミング検出43
19のうちの1つ又は複数を含む。
本技術の1つの形態では、圧力補償アルゴリズム4312は、空気圧ブロックの放出口
に近接した空気経路における圧力を示す信号を入力として受信する。圧力補償アルゴリズ
ム4312は、空気回路4170における圧力降下を推定し、患者インタフェース300
0における推定された圧力Pmを出力として提供する。
本技術の1つの形態では、通気孔流量計算アルゴリズム4314は、患者インタフェー
ス3000における推定された圧力Pmを入力として受け取り、患者インタフェース30
00における通気孔3400からの空気の通気孔流量Qvを推定する。
本技術の1つの形態では、漏れ流量アルゴリズム4316は、総流量Qt及び通気孔流
量Qvを入力として受け取り、幾つかの呼吸サイクル、例えば約10秒を含むように十分
長い期間にわたってQt−Qvの平均を計算することによって、漏れ流量Qlを出力とし
て提供する。
び患者インタフェース3000における推定された圧力Pmを入力として受け取り、漏れ
コンダクタンスを計算するとともに漏れ流量Qlを漏れコンダクタンス及びインタフェー
ス圧力Pmの関数となるように求めることによって、漏れ流量Qlを出力として提供する
。好ましくは、漏れコンダクタンスは、ローパスフィルタリングされた非通気孔流量Qt
−Qv及び圧力Pmのローパスフィルタリングされた平方根の商として計算される。ここ
で、ローパスフィルタ時定数は、幾つかの呼吸サイクル、例えば約10秒を含むように十
分に長い値を有する。
本技術の1つの形態では、呼吸流量アルゴリズム4318は、総流量Qt、通気孔流量
Qv、及び漏れ流量Qlを入力として受け取り、通気孔流量Qv及び漏れ流量Qlを総流
量Qtから差し引くことによって患者への空気の呼吸流量Qrを推定する。
本技術の1つの形態では、療法エンジンモジュール4320は、患者インタフェース3
000における圧力Pm及び患者への空気の呼吸流量Qrのうちの1つ又は複数を入力と
して受け取り、療法パラメータ決定プロセス4329において1つ又は複数の療法パラメ
ータを出力として提供する。
1つ又は複数である。
本技術の1つの形態では、PAPデバイス4000は位相を決定しない。
を入力として受け取り、患者1000の呼吸サイクルの位相を出力として提供する。
のうちの1つの値を有する離散変数である。
連続変数である。
吸息の離散値を有するものとして求められる。1つの形態では、位相は、呼吸流量Qrが
負の閾値よりも負である負値を有するとき、呼息の離散値を有するものとして求められる
。
本技術の1つの形態では、制御モジュール4330は、患者の呼吸サイクルを通してお
よそ一定の気道陽圧を提供するように療法デバイス4245を制御する。
て気道陽圧を提供するように療法デバイス4245を制御する。1つの形態では、波形は
、位相の全ての値に対しておよそ一定のレベルで維持される。1つの形態では、波形は、
位相の幾つかの値に対して相対的に高い値を有し、位相の他の値に対して相対的に低いレ
ベルを有する矩形波である。
ntを示す値を入力として受け取り、圧力対位相の波形を出力として提供する。
本技術の1つの形態では、換気量決定アルゴリズム4323は、呼吸流量Qrを入力と
して受け取り、患者換気量Ventを示す測定値を求める。
、呼吸流量Qrのローパスフィルタリングされた絶対値の半分として求める。
本技術の1つの形態では、プロセッサは、吸気流量制限を検出する1つ又は複数のアル
ゴリズムを実行する。
て受け取り、呼吸の吸気部分が吸気流量制限を呈する程度の計量値を出力として提供する
。
時間点を表す複数の等間隔の点(例えば、65個)が、各呼吸に対して吸気流量−時間曲
線に沿って補間器によって補間される。その後、それらの点によって描かれた曲線は、ス
ケーラによって、呼吸数及び深さが変化する影響を除去するように1長さ(unity length
)(持続時間/周期)及び1面積(unity area)を有するようにスケーリングされる。そ
して、スケーリングされた呼吸は、比較器において、図6aに示す呼吸の吸気部分に類似
する、正常な閉塞されない呼吸を表す予め記憶されたテンプレートと比較される。検査要
素によって決定されるような、咳、吐息、嚥下及びしゃっくりによるもの等、吸気中の任
意の時点における、このテンプレートから指定された閾値(通常、1スケーリング単位)
を超えて逸脱する呼吸は、排除される。排除されないデータに対して、プロセッサにより
、先行する幾つかの吸気事象に対して、こうしたスケーリングされた第1の点の移動平均
が計算される。これは、第2のこうした点等に対して同じ吸気事象にわたって繰り返され
る。したがって、例えば、プロセッサにより65個のスケーリングされたデータ点が生成
され、それらは、先行する幾つかの吸気事象、例えば3つの事象の移動平均を表す。(例
えば65個の)点の連続的に更新される値の移動平均を、以降、Qs(t)として示す「
スケーリング流量」と呼ぶ。代替的に、移動平均ではなく単一の吸気事象を利用すること
ができる。
る。
ば32個)のスケーリング流量点の平均の比率である。この比率が1を超えると、呼吸は
正常であるものと解釈される。比率が1以下である場合、呼吸は閉塞されているものと解
釈される。約1.17の比率は、部分的に閉塞された呼吸と閉塞されていない呼吸との間
の閾値として解釈され、通常のユーザにおいて適切な酸素供給(oxygenation)の維持を
可能にする閉塞の程度に等しい。
量からのRMS偏差として計算される。約0.2単位のRMS偏差は、正常であるものと
解釈される。ゼロのRMS偏差は、完全に流量制限された呼吸であるものとして解釈され
る。RMS偏差がゼロに近づくほど、呼吸は、流量制限されるものとして解釈される。
態では、サンプリングされた点、呼吸及び中間点の数は、上述したものから異なることが
できる。さらに、閾値を、記載したもの以外とすることができる。
本技術の1つの形態では、プロセッサは、無呼吸及び/又は呼吸低下の存在を決定する
1つ又は複数のアルゴリズムを実行する。
、無呼吸又は呼吸低下が検出されたことを示すフラグを出力として提供する。
になるときに検出されたものとして述べる。関数は、ピーク流量、相対的に短期間の平均
流量、又は相対的に短期間の平均流量及びピーク流量の中間の流量、例えばRMS流量を
求めることができる。流量閾値を、流量の相対的に長期の測定値とすることができる。
閾値未満になるときに検出されたものとして述べる。関数は、ピーク流量、相対的に短期
間の平均流量、又は相対的に短期間の平均流量及びピーク流量の中間の流量、例えばRM
S流量を求めることができる。第2の流量閾値を、流量の相対的に長期の測定値とするこ
とができる。第2の流量閾値は、無呼吸を検出するために用いられる流量閾値より大きい
。
本技術の1つの形態では、プロセッサは、いびきの検出に対して1つ又は複数のいびき
アルゴリズムを実行する。
取り、いびきが存在する程度の計量値を出力として提供する。
を求めるステップを含む。更に好ましくは、アルゴリズム4326は、背景騒音、例えば
ブロワからのシステム内の気流の音を低減するように呼吸流量信号Qrをフィルタリング
するステップを含む。
本技術の1つの形態では、プロセッサは、気道開通性を判断する1つ又は複数のアルゴ
リズムを実行する。
受け取り、約0.75Hz及び約3Hzの周波数範囲の信号のパワーを求める。この周波
数範囲におけるピークの存在は、開通気道を示すものとして解釈される。ピークの不在は
、閉鎖気道の指示であるものとして解釈される。
制振動の周波数である。1つの実施態様では、強制振動は、振幅が約1cmH2Oであり
周波数が2Hzである。
受け取り、心臓性信号の存在又は不在を求める。心臓性信号の不在は、閉鎖気道の指示と
して解釈される。
本技術の1つの形態では、プロセッサは、目標治療圧力Ptを決定する1つ又は複数の
アルゴリズムを実行する。
を受け取る。
i.呼吸位相の測定値
ii.波形
iii.換気量の測定値
iv.吸気流量制限の測定値
v.無呼吸及び/又は呼吸低下の存在の測定値
vi.いびきの存在の測定値
vii.睡眠段階指示、及び
viii.気道の開通性の測定値。
又は複数の指標又は測定値の関数として治療圧力Ptを求めることができ、任意選択的に
、目標換気量決定プロセス4328からの目標換気量に依存することもできる。1つの実
施態様では、これらの測定値は、幾つかの先行する呼吸の集合ではなく単一の呼吸に基づ
いて求められる。
本技術の1つの態様による制御モジュール4330は、目標治療圧力Ptを入力として
受け取り、その圧力を送達するように療法デバイス4245を制御する。
を入力として受け取り、それらのそれぞれの圧力を送達するように療法デバイス4245
を制御する。
本技術の1つの形態では、プロセッサは、故障状態を検出する1つ又は複数の方法を実
行する。好ましくは、1つ又は複数の方法によって検出される故障状態には、以下のうち
の少なくとも1つが含まれる。
・電力障害(無電力又は不十分な電力)
・トランスデューサ故障検出
・部品の存在の検出の失敗
・推奨範囲外の動作パラメータ(例えば、圧力、流量、温度、PaO2)
・検出可能なアラーム信号を生成する検査アラームの障害。
て故障の存在を通知する。
・可聴、視覚及び/又は運動(例えば振動)アラームの起動
・外部デバイスへのメッセージの送信
・出来事のログ記録
本技術の好ましい形態では、療法デバイス4245は、療法を患者1000に送達する
ように制御モジュール4330の制御の下にある。
5.1 加湿器
本技術の1つの形態では、通常貯水器及び加熱板を備えることができる加湿器5000
が設けられている。
図7は、モニタリング実施形態例を示す図である。センサ、処理手段及び表示手段を、
モニタリング装置100として示す1つのユニットにおいて具現化することができる。場
合によっては、検知モダリティは、完全に非接触とすることができ、被験者に向かって電
磁波を送信する手段を通して動作することができる。デバイスを、1.2mの距離以内の
移動に対して感応し、より離れた物体からの移動の検出を回避するように構成することが
できる。これにより、ベッドにいる別の人又はファン等の近くの移動する物体からの干渉
が最小限になることが確実になる。したがって、センサを、呼吸信号を更に導出するよう
に処理することができる。しかしながら、本技術のいくつかのバージョンでは、本明細書
にさらに記載するもののような他のセンサもまた、若しくは代替的に採用して、睡眠段階
の検出のための動き信号及び/又は呼吸信号を発生させることができる。
は、センサは、米国特許第6,426,716号に記載されているタイプのものであり、
その内容全体は、参照することによって本明細書の一部をなすものとする。
を識別することによって合成される狭い仮想伝送パルスの形態である。こうしたセンサは
、米国特許第7,952,515号に記載されており、その内容全体は、参照することに
よって本明細書の一部をなすものとする。
おいて90度離れた位置から観測される検出された動きを表すいわゆる直交信号I及びQ
を生成する。この手法の利点は、動きの方向を求めるのに役立つことができ、システムの
全体的な感度を平滑化することもできるということである。
ロセスを含むような特定の睡眠段階検出方法を実施するために、1つ又は複数のプロセッ
サを有するか、又は本明細書を通して記載するプロセッサのうちの任意のもの等、別の装
置のプロセッサを利用することができる、睡眠モニタリングデバイス又は装置を含むこと
ができる。したがって、デバイスまたは装置は、集積チップ、メモリ、及び/又は他の制
御命令、データ若しくは情報記憶媒体を含むことができる。たとえば、こうした検出方法
を包含するプログラムされた命令を、デバイス又は装置のメモリにおける集積チップにお
いてコード化して、1つ又は複数の特定用途向け集積チップ(ASIC)を形成すること
ができる。こうした命令をまた、若しくは代替的に、適切なデータ記憶媒体を用いてソフ
トウェア又はファームウェアとしてロードすることができる。したがって、プロセスを、
本方法を実行するように装置を制御するプロセッサ制御命令及びデータで具現化すること
ができ、かつ、汎用コンピュータによって使用されるソフトウェアの形態等、非一時的タ
イプの任意の適切なコンピュータ又は機械可読記録媒体に含めることができ、それにより
、汎用コンピュータは、ソフトウェアを汎用コンピュータにロードするときに、本明細書
に記載する方法のうちの任意のものに従って専用コンピュータとしての役割を果たすこと
ができる。
処理手段(例えば、1つ又は複数のプロセッサ及び/又は処理回路)の一例を示す。セン
サは、身体の動きを表す少なくとも1つの信号200を取得する。概して、この動きは、
呼吸努力又は心臓活動とともに、呼吸又は心臓機能に関連しない他の動きによる成分を含
む。本明細書を通して「体動」と呼ぶこうした全体的な身体の動きの例としては、寝返り
、けいれん、位置の調整等が挙げられる。これらの動きを示す信号を、無線周波数生体運
動センサによって提供することができるが、1つ又は複数の呼吸インダクタンス・プレチ
スモグラフィ、流量センサによって、センサフィルム若しくはセンサマットレスに埋め込
まれた圧力センサによって、生体インピーダンス測定システムによって、呼吸終末CO2
呼吸モニタによって、超音波センサによって、又は光センサによって取得することもでき
る。
るかを判断することとすることができる。存在又は不在を判断する手段は、信号の振幅(
例えば、信号の二乗平均平方根(RMS)値)の測定によることができ、又はセンサ(複
数の場合もある)の予測されるノイズフロアに対する信号のスペクトル成分を求める等、
より複雑な処理を伴うことができる。1つの実施形態では、処理は、国際公開第2007
/143535号に記載されているような方法で行われ、その開示内容は、参照すること
によって本明細書の一部をなすものとする。別の実施形態では、動きの期間を、上述した
直交するI信号及びQ信号の逆正接を取得することによって求めることができる。この場
合、結果としての信号は、正規化及び位相アンラッピングが正しく行われる場合、観察さ
れている対象の変位に直接関連する。変位信号が与えられると、その後、変位信号におけ
るエネルギーが設定閾値より大きいか否かを見ることにより、存在−不在を判断すること
ができる。
ポックが30秒等の固定期間を表すことができる場合、「AAAAPPP」等のエポック
ラベルのシーケンスとすることができる。そして、信号は、動き検出器202に供給され
、動き検出器202は、何らかの動きが存在するか否か(通常、1秒等、より短い時間尺
度で)を求める。動きを決定する手段は、信号のレベル交差を計数することによるか、又
は信号の高周波数成分を測定することによることができる。こうした測定の詳細な方法は
、国際公開第2007/143535号に記載されている。
の結果をエポックベースの活動カウンタ203に結合することができる。例えば、エポッ
クが30秒であり、エポック内の各1秒間が動きを有する場合、そのエポックに対する全
体的な活動カウントは30である。活動カウント計量値に、検出された動きの振幅も含め
ることもできる。活動カウントに基づいて、睡眠覚醒決定手段204は、活動カウントの
レベルに基づいてラベルを割り当てる(例えば、20を超える活動カウントは覚醒エポッ
クとみなすことができる)。周囲のエポックの活動カウントもまた、この決定を行う際に
考慮することができる。後処理規則評価器205を更に用いて、例えばWAKEによって
包囲されるSLEEPの単一の隔離されたエポックを除去することにより、睡眠/覚醒決
定の精度を向上させることができる。後処理規則の全体的な出力は、ラベルのシーケンス
(存在/不在検出器からの情報を結合することができる)とすることができ、「A」が不
在を表し、「W」が覚醒を表し、「S」が睡眠を表す場合、「AAAAWWWWWSSS
SSS」のようになることができる。
る。呼吸解析ブロック206は、例えば、動き検出器202からの生入力信号をローパス
フィルタによってフィルタリングすることにより、呼吸信号の質を向上させる。動き検出
器202からの情報を用いて、呼吸解析はまた、呼吸数推定に対して信頼性が低いものと
して信号のいくつかの部分をラベル付けすることもできる。例えば、信号が、大きい動き
の指示を含むものと判断される場合、信号をそのようにマークすることができ、そのため
、その信号を、呼吸数推定計算において避けることができる。呼吸数計算器207を用い
て、例えば、呼吸/分で又はHzで人の呼吸数が求められる。呼吸数を、パワースペクト
ル密度推定を用いて、又は信号の自己回帰モデルを用いて計算することができる。こうし
た計算の詳細な方法は、国際公開第2007/143535号に記載されている。計算は
、例えば、エポックごとに、又は代替的により短い時間尺度(例えば、1回/秒)で、呼
吸数の推定値を提供する。これらの呼吸数は、呼吸数を用いて睡眠段階を決定することが
できる睡眠段階決定手段208に提供される。例えば、1つの実施形態では、呼吸数を用
いて、深い睡眠(段階N3)が睡眠の他のすべての段階(N1、N2及びレム)から識別
される。呼吸の相対振幅を求めて睡眠段階決定に用いることもできる。
こでは、信号をいかにエポック(この場合は30秒)で考慮することができるかと、各エ
ポックがそれに関連する単一の呼吸数をいかに有することができるかと、を示す。例えば
、各呼吸数は、エポックの最大パワースペクトル密度に関連する割合である。エポックを
、適切なラベル、例えばEpoch N、N+1等で逐次識別することができる。図では
、Epoch N−5は、15呼吸/分の速度を有し、N−4は、14.5呼吸/分の速
度を有する等である。また、例示的な点として、呼吸解析ブロック206は、Epoch
N−1が、信頼性の高い呼吸数を提供することができないような十分に大きい動きを有
すると判断している。こうした場合、エポック速度は、それが「利用できない」又は「数
ではない」等を表すラベル等により、適切に識別することができる。
細に示す。動作の全体的な原理は、呼吸数が十分に安定しているエポックのシーケンスを
求めることである。全体的な記録に対するSLEEP/WAKEラベルの組が、プロセス
アルゴリズムに入力される。変数「CURRENT EPOCH」を一連のエポックにお
ける第1のエポックであるように割り当てる(301)ことによって、処理を開始するこ
とができる。
(優れた信号品質を表す)か否かを判断する。信号品質が優れている場合、アルゴリズム
は、呼吸数の推定において非常に自信を持つことができる。したがって、信号品質を、安
定閾値の設定に対して、呼吸数の変動を測定するために評価することができる。この実施
形態では、例えば、40mVを超える平均信号振幅(302、303、304)は、高品
質信号を示し、この場合、例えば、0.5呼吸/分の閾値を設定することができる。信号
の品質がより低い状況では、閾値を、許容される呼吸数変動に対して、例えば1.5呼吸
/分等、より寛大な限界に設定することができる。こうしたプロセス(302)は、現エ
ポックの二乗平均平方根(RMS)解析を使用することができる。
RRENT_EPOCHとLIGHT_SLEEPとして識別される(例えばラベル付け
される)最後のエポックとの間の全てのエポックの呼吸数の最小値及び最大値を見つける
ことにより、呼吸数範囲を求めることができる。例えば、最後のLIGHT_SLEEP
が、呼吸数が14.2BPMであるエポックN−6であり、エポック[N−5,N−4,
…,N]が呼吸数=[14.4,14.8,15.1,14.9,14.7,14.6]
を有していた場合、呼吸数範囲は(15.1−14.4)=0.7呼吸/分である。BR
EATHING_RATE_RANGEが安定閾値未満である場合、現エポックは、深い
睡眠としてラベル付けされる(任意選択的に、「D」ラベルで表すことができる)(30
8)。代替的に、BREATHING_RATE_RANGEが安定閾値より大きい場合
、現エポックは浅い睡眠としてラベル付けされる(任意選択的に、「L」ラベルで表すこ
とができる)(307)。DEEP_SLEEPの非常に短いシーケンスは比較的珍しく
はないため、アルゴリズムはまた、一続きの4つ以下の深い睡眠エポックがある場合を排
除する(309、310)。これは、LIGHT_SLEEPエポックに遭遇した場合に
、以前のDEEP_SLEEPエポックの現シーケンス長を検査することによって行われ
る。最後のLIGHT_SLEEPエポック以来、4つ以下の先行するDEEP_SLE
EPのエポックに遭遇した場合、これらのエポックラベルはLIGHT_SLEEPに変
換される(310)。この状態により、5未満のDEEP_SLEEPカウントで終了す
ることが不可能になるため、こうした場合、デフォルトとして、アルゴリズムは最後の4
つのエポックに対してWAKEラベル又はSLEEPラベルを受け入れる(311−31
3)(SLEEPは自動的にLIGHT_SLEEPとして扱われる)。
定閾値を、被験者ごとに精緻化することができる。例えば、デフォルト解析は、0.5呼
吸/分の安定閾値を用いることができるが、この閾値が、深い睡眠の持続時間に対して生
理学的に妥当ではない値(例えば、40%を超えるか又は5%未満)を生成する場合、そ
の閾値を、より適切な値に適応的に変更することができる。
このプロセスは、呼吸数及び振幅の変動がレム睡眠を識別する役割を果たすことができる
という観察に基づく。呼吸数の変動が比較的大きい期間は、レム睡眠期間の指示としてみ
なされる。呼吸数の変動が比較的小さい期間は、深い睡眠の状態に関連するものとしてみ
なされる。時系列の変動を評価する1つの実施形態は、近似エントロピーである。近似エ
ントロピーは、予測可能な時系列に対して相対的に低い値を想定し、時間系列がより可変
になるほど、相対的に高い値を想定する。この実施形態では、信号200(生の動き信号
)は、呼吸解析ブロック501に入力される。この呼吸解析ブロックは、例えば、1秒時
間尺度での連続的な呼吸数及び呼吸振幅推定値(出力のサンプルグラフを図12に示す)
を出力する。
の持続時間)で入力される(例えば、呼吸数の300のサンプルが、「近似エントロピー
ブロック」502及び「パワースペクトル密度」503とラベル付けされたブロックに渡
される)。近似エントロピーは、信号の予測可能性(すなわち変動性)を評価する既知の
技法であり、例えば、http://en.wikipedia.org/wiki/Approximate_entropyに記載されて
いる。ブロックは、信号のその部分の近似エントロピーである、入力された各5分エポッ
クに対する単一の数を出力する。例えば、呼吸数の5分セグメントの近似エントロピーを
、502において、例えば埋込次元に対してm=2及びm=3のパラメータと0.2に等
しいrの値とを用いて、計算することができる。パワースペクトル密度(PSD)処理ブ
ロック503は、適切な技法(例えば、Welchの平均ペリオドグラム(periodogram)、ht
tp://en.wikipedia.org/wiki/Welch's_methodを参照されたい)を実施することによる等
、呼吸数のパワースペクトル密度を推定する。503におけるPSD推定は、3つの測定
値、すなわち、PSDの勾配、呼吸数変動の正規化された高周波パワー、及び呼吸数変動
の低周波パワーを生成することができる。呼吸振幅信号は、パワースペクトル密度処理ブ
ロック(例えば、503)に入力することもでき、Low Frequency(LF)
パワー推定値を出力する。処理ブロック(502、503及び504)から計算された値
は分類器に入力される。そして、分類器は、それらを結合して、後に睡眠段階を深い睡眠
、浅い睡眠又はレムとして推定するために用いられる数を生成することができる。例えば
、数は、分類器に対して内部とする(例えば、分類器によって生成される)ことができ、
判別値とすることができる。場合によっては、分類器内の値の結合を、線形式に行うこと
ができる。例えば、判別値は、ブロック502〜504から出力された値の線形重み付き
結合とすることができる。場合によっては、分類器によって生成される値は、より複雑な
非線形結合(502〜504から出力された値の二乗値を結合することによって導出され
た値等)とすることができる。そして、分類器は、そこから適切な睡眠ラベル(例えば、
N1、N2、N3、REM又はWから引き出される)を生成することができる。
解析法を実施することができる。こうした処理ブロックは、短期相関及び長期相関を取得
するように実施することもできる呼吸数のパワースペクトル密度処理に対する代替物とし
ての役割を果たすことができる。トレンド除去変動解析法による処理を、Heneghan及びMc
Darbyによって「Establishing the relation between detrended fluctuation analysis
and power spectral density analysis for stochastic processes」(Phys Rev E Stat
Phys Plasmas Fluids Relat Interdiscip Topics. 2000 Nov;62(5 Pt A):6103-10)に記
載されている方法によって実施することができる。
び正規化された呼吸振幅信号の一例を示す。呼吸数信号を、図12の上のグラフに示す。
信号の欠測期間(不連続)は、信頼性の高い呼吸数推定に対して不連続の間、信号品質が
不十分であったことを示す。正規化された呼吸振幅信号を、図12の下のグラフに示す。
それもまた、信号品質が信頼性の高い呼吸振幅推定に対して不十分である場合を示す、信
号の不連続期間を有している。いくつかのバージョンでは、生信号200を呼吸数範囲信
号にフィルタリングし、その後、ヒルバート変換を適用することによって、呼吸数振幅信
号を得ることができる。代替的に、呼吸数振幅信号を、ピーク検出及び/又は包絡線検出
処理技法等の呼吸数推定におけるピークの振幅から取得することができる。
のグラフにおいて、呼吸数の5分間のセグメントのパワースペクトル密度推定値が、対数
−対数プロットにグラフ化されている。ブロック502において、呼吸数信号のデータを
処理して、勾配を検出するためにデータに線(図13の上のグラフにおいて「LA」とラ
ベル付けされた線として示す)を適合することができ、その後、処理ブロックからこの適
合された線の勾配データが出力される。これは、呼吸変動の長期制御及び短期制御の生理
学的観測に基づく(Rostig S; Kantelhardt JW; Penzel T他、「Nonrandom variability
of respiration during sleep in healthy humans.」SLEEP 2005;28(4):411-17を参照さ
れたい)。図13の下のグラフでは、呼吸数の5分間のパワースペクトル密度が、片対数
尺度で示されている。パワーが、種々の周波数で表されている。呼吸数変動の「HIGH
FREQUENCY(高周波数)」(「HF]としてラベル付けされる)パワーを、0
.1Hz〜0.5HzのPSDの積分によって求めることができる。これを、信号のパワ
ー全体で割ることによって正規化することができる。「LOW−FREQUENCY(低
周波数)」(「LF」として示す)パワーを、0Hzと0.1Hzとの間のパワーとして
定義することができる。
グされたものの概略表現を図14に示す。相対的に平滑な中断されていない線は、番号が
付された出力(「NO」としてラベル付けされている)のスケーリングされたものを表す
。呼吸数(「BR」としてラベル付けされている)は、画像においてより変動する線とし
て視覚化されている。閾値(「THLD」としてラベル付けされている)を、指定された
期間中の睡眠を分類するための番号が付された出力と比較することができる。こうした値
の一例は、13呼吸/分の値のわずかに下の呼吸数軸と交差する直線水平線によって示さ
れている。その期間に対する分類器ブロックの番号が付された出力が所定閾値を超える場
合、それぞれの期間を、レム睡眠期間として分類することができる。代替的に、その期間
に対する分類器ブロック出力が所定閾値未満である場合、それぞれの期間を、深い睡眠の
期間として分類することができる。これは、図10に関して記載したものに対する、深い
睡眠として期間を分類する代替方法とすることができるが、任意選択的に、レム睡眠及び
/又は深い睡眠を検出するための追加の/それと結合された検査としての役割も果たすこ
とができる。
使用することができる、ユーザに対する睡眠段階の時間過程の表示を示す。例では、主軸
(時間を表す)の上方に伸びるバーは、覚醒状態の指示としてみなすことができる。軸の
下方に伸びるバーは、睡眠状態の指示としてみなすことができる。バーの振幅は、睡眠の
段階に対応することができる。例えば、最短バーは、浅い睡眠を示すものとしてみなすこ
とができ、中間長バーは、深い睡眠を示すものとしてみなすことができ、最長バーは、レ
ム睡眠を示すものとしてみなすことができる。
を示す。この例では、上述しかつ非接触センサを含むセンサ等、センサ1601又は複数
のセンサが、複数の信号を発生させる。例えば、モニタデバイス(例えば、ベッドサイド
デバイス又は呼吸治療デバイス)のセンサは、センサに近接するユーザに対応する4つの
信号を生成することができる。例では、2つの信号は、ユーザの動きを表すことができ、
2つの信号は、ユーザの呼吸を表すことができる。そのデータを、サンプリング(例えば
、64Hz又は他の適切なサンプリングレート)によって4つの信号チャネルの各々から
生成することができる。
うに入力することができる。この処理では、呼吸チャネルの各々を、帯域内呼吸パワーに
対して解析することができる。したがって、選択器は、各チャネル帯域内呼吸パワーに対
して決定する。そして、選択器は、特定のエポック(例えば、30秒又は他の事前設定さ
れた長さ)に対する最大帯域内パワー等、最大帯域内呼吸パワーを有するチャネルを選択
する。そして、選択器は、選択されたチャネルから3つのエポック(例えば、各々が30
秒)の窓を出力し、その窓は、呼吸パワーの評価の結果として選択器によって選択された
特定のエポックに中心が置かれている。一例では、帯域内呼吸パワー評価を、呼吸に起因
する1つ又は複数の周波数での各エポックのスペクトル解析処理によって実施することが
できる。
るように入力することができる。例えば、深さ5の離散ウェーブレット変換を、窓化エポ
ックデータに対して行うことができる。このプロセスに対する適切なフィルタバンクを選
択することができる。たとえば、双直交6.8(bior6.8)ウェーブレットを実施
することができる。こうしたフィルタバンクを、関連するウェーブレットが呼吸サイクル
を近似するように選択することができる。こうした場合、フィルタバンクに関連するフィ
ルタは対称とすることができる(線形位相もそうである)。解析フィルタ及び合成フィル
タは、およそ同じ長さとすることができ、ウェーブレット係数がウェーブレット領域にお
いて平滑化されるのを確実にするのに十分長い。こうしたアルゴリズム/処理方法のハー
ドウェア実施態様は十分に理解される。別の適切なウェーブレットフィルタバンクは、通
常指紋圧縮で実施される任意のものとすることができる。
抽出器1606によって処理されるように入力することができる。このプロセスでは、ウ
ェーブレット詳細係数が抽出され、ウェーブレット変換の最高レベルで再構築される。こ
れらの詳細は、3つのエポック窓(例えば、90秒間)のいずれの部分が高エネルギーを
有するかを明らかにすることができる。こうした高エネルギーを、多数の動きノイズを有
する場合がある信号の部分に関連付けることができる。
は、バイナリマスクが、ウェーブレット詳細を用いて構築される。例えば、サンプル毎の
パワーの二乗平均平方根(「RMS」)平均を計算することができる。任意のサンプルに
おけるパワーが、窓化間隔(例えば、90秒間隔)にわたるサンプル毎の平均パワーより
著しく大きい場合、バイナリマスクのその部分はゼロ(0)に設定され、そうでない場合
は、そのサンプルに対するマスク値は1に設定される。その後、孤立した又は隔離された
1(例えば、010)及びゼロ(例えば、101)は、それらを反転させることによって
マスクから平滑化によって除去される。
いうことに対して、解析すべき信号の部分を判断するマップとしての役割を果たす。
0によって処理されるように入力することもできる。これは、変換データを処理して信号
に対してノイズ除去する。例えば、プロセスは、ウェーブレット分解のすべてのレベルに
わたるウェーブレット係数を閾値化し、その後、信号を再構築することができる。1つの
こうした変形では、窓化信号のパワーの或る割合あたりで設計されるグローバル閾値化機
構を実施することができる。
る。マスク信号適用器の処理では、バイナリ信号マスクが検査されて、ノイズ除去信号が
評価される。評価は、所望の長さ(例えば30秒)より長いノイズ除去信号の最長部分を
識別する。そして、ノイズ除去信号の識別された部分が、特徴抽出のために出力される。
器1612からのノイズ除去ウェーブレット信号の識別された部分とが、ウェーブレット
特徴抽出器1614に出力される。抽出器の処理は、ノイズ除去ウェーブレット信号の部
分から1つ又は複数の特徴を求める。例えば、最高ウェーブレット詳細(例えば、呼吸帯
域のすぐ上の帯域)のパワーが計算される。同様に、近似係数におけるパワーを計算する
ことができる。そして、抽出された特徴は、睡眠段階分類器1622に出力される。
することもできる。こうした処理は、ピーク及び交差検出器1616等によるピーク及び
ゼロ交差の検出を含むことができる。例えば、ピーク及び交差検出器1616の処理は、
信号のゼロ交差を抽出することを含むことができる。さらに、連続したゼロ交差の各対に
対する最大及び最小を計算することができる。ピーク及び交差検出器からの抽出されたデ
ータを用いて、呼吸解析器1615は、入力データを更に処理して、間隔及び振幅検出器
1618において呼吸間隔及び振幅を抽出することができる。例えば、ゼロ交差及びピー
クを用いて、所与の窓における各呼吸に対して、呼吸間隔及び振幅が計算される。最後に
、所与の窓からの呼吸間隔及び振幅を用いて、呼吸統計量計算器1620において呼吸統
計量を求めることができる。例えば、所与の窓からの呼吸間隔及び振幅測定値に関するこ
うした統計量は、平均及び/または分散を含むことができる。他の適切な呼吸計量値も計
算することができる。入力窓に対するこうした計量値(複数の場合もある)は、所与のエ
ポック(例えば30秒)の睡眠段階を決定するための特徴(複数の場合もある)としての
役割を果たすことができる。したがって、計量値を、睡眠段階分類器1622に入力する
ことができる。
呼吸特徴)を処理して、睡眠段階を検出する。例えば、こうした分類器は、入力パラメー
タを分類する規則ベースの処理システムとすることができる。場合によっては、分類器は
、睡眠段階を検出するために関数ライブラリ1624からの入力を含むことができる。ラ
イブラリは、非ウェーブレットベースの処理を用いること等によって、エポックごとに、
動き、活動カウント、及び呼吸数を推定するように、1つ又は複数の検知された信号に対
して信号処理を提供することができる。こうした処理の一例は、国際公開第2007/1
43535号(Heneghan他)に記載されており、その開示内容は、参照することによって
本明細書の一部をなすものとする。
ことができる。そして、規則ベースのシステムが、LDAに対する重要な判別パラメータ
を特定することができる。
検出器1628に更に入力することができる。パターン検出器は、パターン及び傾向解析
を行うために、所与の夜(例えば、複数のエポック)に対するデータの全て等、睡眠段階
データを処理することができる。解析は、明確に誤ったあらゆる分類を除去する役割を果
たすことができる。たとえば、こうしたパターン解析は、覚醒、レム及び覚醒の連続した
3つのエポック指示(WRW)を検出し補正して、中間レムエポックを除去するか又は再
分類することができる。
、1つ又は複数のデバイスに位置することができる1つ又は複数のプロセッサにおいて実
施され、1つ又は複数のデバイスのうちの少なくとも1つは、ベッドサイドユニット、ユ
ーザの付近に位置する携帯型モバイルデバイス、又はユーザから遠隔に位置するサーバと
することができる。
段階の4つの睡眠段階に対する睡眠図として生成することができ、適切なディスプレイで
ユーザに提示することができる。更なる例として、出力を、図15に示すようにチャート
フォーマットで生成することができる。場合によっては、不在状態(すなわち、人が存在
しない)を、BSP睡眠覚醒ライブラリによって決定し、モニタによって出力することも
できる。
本技術を開示するために、本技術の幾つかの形態では、以下の定義のうちの1つ又は複
数を適用することができる。本技術の他の形態では、代替の定義を適用することができる
。
空気:本技術の幾つかの形態では、患者に供給される空気は、大気の空気とすることが
でき、本技術の他の形態では、大気の空気には、酸素を補うことができる。
は患者の呼吸サイクルを通じてほぼ一定の圧力で、空気又は呼吸に適したガスの供給を気
道の入口に適用することを意味するものとされる。幾つかの形態では、気道の入口におけ
る圧力は、単一の呼吸サイクル内で数水柱センチメートルだけ変動し、例えば、吸息中は
高くなり、呼息中は低くなる。幾つかの形態では、気道の入口における圧力は、呼息中は
僅かに高くなり、吸息中は僅かに低くなる。幾つかの形態では、圧力は、患者の呼吸サイ
クルごとに変動し、例えば、部分的上気道閉塞の指標の検出に応答して増加され、部分的
上気道閉塞の指標が存在しない場合には減少される。
空気回路:PAPデバイスと患者インタフェースとの間の空気又は呼吸に適したガスの
供給を送達するように使用時に構成及び準備された導管又はチューブである。特に、空気
回路は、空気圧ブロック及び患者インタフェースの放出口と流体接続することができる。
空気回路は、空気送達チューブと呼ばれる場合がある。幾つかの場合には、吸息用及び呼
息用に回路の別々のリムが存在する場合がある。他の場合には、単一のリムが用いられる
。
との間で絶えず調整可能な気道陽圧である。
。
。例えば、コントローラの1つの形態は、デバイスへの入力を構成する、制御を受ける変
数、すなわち制御変数を有する。デバイスの出力は、制御変数の現在の値とその変数の設
定点との関数である。サーボ人工呼吸器は、入力として換気量を有し、設定点として目標
換気量を有し、出力として圧補助のレベルを有するコントローラを備えることができる。
入力の他の形態は、酸素飽和度(SaO2)、二酸化炭素の分圧(PCO2)、運動、光
プレチスモグラムからの信号、及びピーク流量のうちの1つ又は複数とすることができる
。コントローラの設定点は、固定されたもの、可変のもの、又は学習されたもののうちの
1つ又は複数とすることができる。例えば、人工呼吸器における設定点は、患者の測定さ
れた換気量の長期平均とすることができる。別の人工呼吸器は、時間とともに変化する換
気設定点を有することができる。圧力コントローラは、特定の圧力で空気を送達するよう
にブロワ又はポンプを制御するように構成することができる。
び薬の投与うちの1つ又は複数とすることができる。
おいて、この回転部材は、回転軸に沿って移動する空気に圧力増加を与えるように、所定
の位置において固定軸の回りを回転するインペラである。
る。
イスである。トランスデューサは、力学的エネルギー(運動等)を電気信号に変換するた
めのセンサ又は検出器とすることができる。トランスデューサの例には、圧力センサ、流
量センサ、二酸化炭素(CO2)センサ、酸素(O2)センサ、努力センサ、運動センサ
、雑音センサ、プレチスモグラフ、及びカメラが含まれる。
にし、圧力を増加させる遠心ポンプのケーシングである。ボリュートの断面は、面積が放
出ポートに向かって増大している。
無呼吸:好ましくは、無呼吸は、流量が或る継続時間、例えば10秒の間、所定の閾値
未満に降下したときに発生したと言われる。閉塞性無呼吸は、患者の努力にもかかわらず
、気道の或る閉塞によって空気が流れることができないときに発生したと言われる。中枢
性無呼吸は、呼吸努力の低下又は呼吸努力の欠如に起因した無呼吸が検出されたときに発
生したと言われる。
る努力であると言われる。
き起こさない患者の呼吸の状態とされる。流量制限が呼吸サイクルの吸気部分の間に生じ
ている場合、これは、吸気流量制限と呼ぶことができる。流量制限が呼吸サイクルの呼気
部分の間に生じている場合、これは、呼気流量制限と呼ぶことができる。
(i)平坦型:上昇を有し、その後に比較的平坦な部分が続き、その後に降下が続く。
(ii)M字型:1つは前縁にあり1つは後縁にある2つの局所的なピークを有し、こ
れらの2つのピーク間に比較的平坦な部分を有する。
(iii)チェア型:単一の局所的なピークを有し、このピークは前縁にあり、その後
に比較的平坦な部分が続く。
(iv)リバースチェア型:比較的平坦な部分を有し、その後に単一の局所的なピーク
が続き、このピークは後縁にある。
の形態では、呼吸低下は、或る継続時間の間、閾値を下回る流量の低下があるときに発生
したと言うことができる。成人の1つの形態では、以下のもののいずれかが呼吸低下であ
るとみなすことができる。
(i)少なくとも10秒間の患者呼吸の30%の低下に、関連した4%脱飽和が加わっ
たもの、又は
(ii)少なくとも3%の関連した脱飽和又は覚醒を伴った少なくとも10秒間の患者
呼吸の低下(ただし、50%未満)。
呼吸サイクルの吸気部分とされる。
通気道は開放している。気道開通性は定量化することができ、例えば、1の値は開放して
おり、0の値は閉鎖している。
例はリットル毎分で表される、患者が受けている実際の呼吸流量である「真の呼吸流量」
又は「真の呼吸気流量」とは対照的に、PAPデバイスの呼吸気流量の推定値を指すもの
と理解することができる。
又は吐き出した空気の体積である。
吸気部分の開始との間の全継続時間である。
換気量の値、すなわち、換気量の最近の値の中心傾向の測定値。
気道にわたる圧力差が増加するにつれて、流量のレベルが僅かにしか増加しないか又は減
少する場合さえある(スターリングレジスタ挙動)流量制限の状態に関連付けることがで
きる。
単位時間当たりに交換されているガスの総量の測定量である。毎分の体積として表される
とき、この量は、「毎分換気量」と呼ばれることが多い。毎分換気量は、単に体積として
与えられることがあるが、毎分の体積であると理解される。
流量率(流動速度):単位時間当たりに送達される空気の瞬時体積(又は質量)である
。流量率及び換気量は、単位時間当たりの体積又は質量という同じ側面を有するが、流量
率は、はるかに短い時間期間にわたって測定される。流量は、患者の呼吸サイクルの吸気
部分の間は名目的に正とすることができ、したがって、患者の呼吸サイクルの呼気部分の
間は負とすることができる。幾つかの場合には、流量率というときは、スカラー量、すな
わち、大きさのみを有する量を指す。他の場合には、流量率というときは、ベクトル量、
すなわち、大きさ及び方向の双方を有する量を指す。流量には、シンボルQが与えられる
。総流量Qtは、PAPデバイスを出て行く空気の流量である。通気孔流量Qvは、吐き
出されたガスのウォッシュアウトを可能にする通気孔を出て行く空気の流量である。漏れ
流量Qlは、患者インタフェースシステムからの意図的でない漏れの流量率である。呼吸
流量Qrは、患者の呼吸器系内に受け入れられる空気の流量である。
。漏れは、例えば、吐き出されたCO2のウォッシュアウトを可能にするために意図的で
ある場合がある。漏れは、例えば、マスクと患者の顔との間の不完全なシールの結果とし
て意図的でない場合がある。
カルを含む様々な単位で測定することができる。1cmH2Oは、1g−f/cm2に等
しく、ほぼ0.98ヘクトパスカルである。この明細書では、別段の明示がない限り、圧
力はcmH2Oの単位で与えられる。OSAの経鼻CPAP治療の場合、治療圧というと
きは、約4cmH2O〜20cmH2O又は約4cmH2O〜30cmH2Oの範囲の圧
力を指す。患者インタフェースにおける圧力には、シンボルPmが与えられる。
は、音圧に波面の面積を乗算したものの2乗に比例する。音響パワーは、通例、デシベル
SWL、すなわち、通常は10−12ワットとされる基準電力に対するデシベルで与えら
れる。
な偏りである。音響パワーは、通例、デシベルSPL、すなわち、人間の聴覚の閾値を考
慮して通常は20×10−6パスカル(Pa)とされる基準電力に対するデシベルで与え
られる。
適応サーボ人工呼吸器:固定された目標換気量ではなく変更可能な目標換気量を有する
人工呼吸器である。変更可能な目標換気量は、患者の或る特性、例えば、患者の呼吸特性
から学習することができる。
数(通常は、毎分の呼吸の数)を設定する人工呼吸器のパラメータである。
者に呼吸を送達するとき、呼吸サイクルの吸気部分の終わりに、人工呼吸器は、呼吸の送
達を停止するように循環されると言われる。
マスク圧力を生成するために、呼吸内で変動する圧力が追加される基底圧力である。
ある。
一般に、吸気中の圧力の最大値と呼気中の圧力の最小値との差分(例えば、PS=IPA
P−EPAP)を意味する数値である。幾つかの文脈では、圧補助は、人工呼吸器が実際
に達成する差分ではなく、達成しようと目標としている差分を意味する。
の換気量を目標換気量に持って行くように圧補助のレベルを調整する人工呼吸器である。
器又は他のデバイスのモードである。しかしながら、デバイスは、所定の時間期間内に呼
吸を検出することができない場合、呼吸の送達を自動的に開始する。
よる呼吸サイクルの呼吸部分の開始時に送達するようにトリガされると言われる。
バイスである。
横隔膜:胸郭の底部にわたって延在する筋層である。横隔膜は、心臓、肺、及び肋骨を
収容する胸腔を腹腔から隔てている。横隔膜が収縮するにつれて、胸腔の体積が増加し、
空気が肺に引き込まれる。
気管と接続する。
管支、及び終末細気管支を含む。呼吸域は、呼吸細気管支、肺胞管、及び肺胞を含む。
きな空間である。鼻腔は、鼻中隔と呼ばれる垂直のひれによって2つに分割されている。
鼻腔の両側には、鼻甲介又は鼻介骨と呼ばれる3つの水平の伸び出たもの(outgrowths)
がある。鼻腔の前方には鼻がある一方、後方は、後鼻孔を経由して鼻咽頭に融合している
。
頭は、慣習的に3つの区域、すなわち、鼻咽頭(上咽頭)(咽頭の鼻部分)、咽頭口腔部
(中咽頭)(咽頭の口腔部分)、及び喉頭咽頭(下咽頭)に分割される。
本特許文書の開示内容の一部分は、著作権保護を受けるマテリアルを含んでいる。著作
権者は、本特許文書又は特許開示内容が特許商標庁の包袋又は記録に現われているときは
、いかなる者によるこの特許文書又は特許開示内容の複製に対しても異議を有しないが、
それ以外については、いかなる著作権も全てこれを留保する。
限の単位の10分の1まで、その範囲の上限と下限との間にある各値、及びその明示され
た範囲にある他の任意の明示された値又は間にある値が、本技術の範囲内に包含されるこ
とが理解される。これらの間にある範囲の上限及び下限は、当該間にある範囲に独立して
含まれる場合があり、これらも、本技術の範囲内に包含され、明示された範囲内で任意の
明確に除外された制限に従う。明示された範囲がこれらの上限及び下限の一方又は双方を
含む場合、それらの含まれる上限及び下限の一方又は双方を除外した範囲も本技術に含ま
れる。
明示されている場合、そのような値は、別段の明示がない限り、近似することができ、そ
のような値は、実際の技術的な実施態様が可能とすることができるか又は必要とする場合
がある程度まで任意の好適な有効桁で利用することができることが理解される。
る技術分野の当業者によって一般に理解されているものと同じ意味を有する。本明細書に
記載された方法及びマテリアルと類似の又は等価ないずれの方法及びマテリアルも、本技
術の実践又は試験において用いることができるが、限られた数の例示の方法及びマテリア
ルが本明細書に記載されている。
同様の性質を有する明らかな代替のマテリアルを代替物として用いることができる。さら
に、本明細書に記載したありとあらゆる構成要素は、逆のことが明記されていない限り、
製造することが可能であると理解され、したがって、合わせて又は別々に製造することが
できる。
とき、文脈が明らかに別段の規定をしていない限り、単数及び複数の等価なものを含むこ
とに留意しなければならない。
リアルを開示及び記載しているように参照することによって本明細書の一部をなすものと
する。本明細書において論述した刊行物は、本出願の出願日前のそれらの開示内容につい
てのみ提供される。本明細書におけるいかなるものについても、本技術が先行発明による
そのような刊行物に先行する権利がないことを認めるものと解釈されるべきではない。さ
らに、提供される刊行物の日付は、実際の公開日とは異なる場合があり、実際の公開日は
、別個に確認することが必要な場合がある。
な方法で解釈されるべきである。特に、「備える」及び「含む」(“comprises” and “
comprising”)という用語は、非排他的な方法で要素、構成要素、又はステップを指すも
のと解釈されるべきであり、参照される要素、構成要素、又はステップが存在することが
できること、利用することができること、又は明確に参照されない他の要素、構成要素、
若しくはステップと組み合わせることができることを示す。
れており、本開示又は特許請求の範囲全体を通じて見られる主題を限定するために用いら
れるべきではない。これらの見出し語は、特許請求の範囲の範囲又は特許請求の範囲の限
定事項を解釈する際に用いられるべきではない。
は、本技術の原理及び適用の単なる例示にすぎないことが理解されるべきである。幾つか
の場合には、術語及びシンボルは、本技術を実施するのに必要とされない特定の詳細を意
味している場合がある。例えば、「第1」及び「第2」という用語が用いられる場合があ
るが、別段の指定がない限り、それらは、何らかの順序を示すことを意図するものではな
く、異なる要素を区別するのに利用される場合がある。さらに、上記方法論におけるプロ
セスステップは、或る順序で説明又は図示される場合があるが、そのような順序付けは必
須ではない。当業者であれば、そのような順序付けを変更することができ、及び/又はそ
れらの態様を同時に行うこともできるし、同期して行うこともできることを認識するであ
ろう。
実施形態に行うことができ、他のアレンジを考案することができることが理解されるべき
である。
Claims (18)
- 被験者の睡眠段階を分類する装置の1つ又は複数のプロセッサが該装置を作動させる方法であって、
前記被験者の体動及び呼吸運動に関連する複数の信号にアクセスするステップと、
処理するために前記複数の信号のうちの1つを選択するステップと、
前記選択された信号をウェーブレット変換によって処理するステップと、
前記変換された信号に対応するマスクを生成するステップと、
前記マスクに従って、前記変換された信号から特徴を抽出するステップと、
該抽出された特徴に基づいて睡眠段階を分類するステップと、
を含む、方法。 - 前記プロセッサは、最大帯域内呼吸パワーを検出することによって、前記複数の信号のうちの1つを選択する、請求項1に記載の方法。
- 前記プロセッサにより、前記変換された信号から呼吸統計量を抽出するステップを更に含み、前記睡眠段階を分類するステップは、前記呼吸統計量に更に基づく、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記呼吸統計量は、呼吸間隔の平均、呼吸振幅の平均、呼吸間隔の変動、及び呼吸振幅の変動のうちの1つ又は複数を更に含む、請求項3に記載の方法。
- 前記抽出された特徴は、呼吸帯域のすぐ上の最高ウェーブレット詳細におけるパワー、及び近似係数におけるパワーのうちの1つ又は複数を含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記生成されたマスクの各値は、前記変換された信号の特定部分に対するノイズを示す、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記生成されたマスクは、前記変換された信号のバイナリマップである、請求項6に記載の方法。
- 前記マスクを平滑化することを更に含む、請求項6または7に記載の方法。
- 前記平滑化することは、前記マスクの孤立した値を反転することを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記分類するステップは、線形判別解析を含む、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の方法。
- 分類された睡眠段階のパターンを検出するステップと、該検出されたパターンに基づいて誤った分類を補正するステップと、を更に含む、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の方法。
- 分類された睡眠段階を表示するステップを更に含み、該睡眠段階は、一連の覚醒段階、浅い睡眠段階、深い睡眠段階、及びレム睡眠段階のうちの1つ又は複数を含む、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の方法。
- 被験者の睡眠段階を分類するシステムであって、
体動及び呼吸関連運動に関連する複数の信号を検出するように構成された1つ又は複数のセンサと、
1つ又は複数のプロセッサであって、前記複数の信号を処理し、該複数の信号のうちの1つを処理のために選択し、該選択された信号をウェーブレット変換によって処理し、前記変換された信号に対応するマスクを生成し、該マスクに従って前記変換された信号から特徴を抽出し、該抽出された特徴に基づいて睡眠段階を分類するように構成された、1つ又は複数のプロセッサと、
を具備する、システム。 - 前記1つ又は複数のセンサのうちの少なくとも1つは非接触センサである、請求項13に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの非接触センサは無線周波数ベースのセンサである、請求項14に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの非接触無線周波数ベースのセンサは距離ゲート式である、請求項14または15に記載のシステム。
- 呼吸治療装置を更に具備するシステムであって、該呼吸治療装置は、患者インタフェースに結合するように適合された流れ発生器と、該流れ発生器の治療動作を設定するように構成されたコントローラと、を備え、該コントローラは、前記1つ又は複数のプロセッサと通信し、前記決定した呼吸段階に部分的に基づいて、治療圧力を制御するように構成される、請求項13乃至16のいずれか一項に記載のシステム。
- 1つ又は複数のプロセッサによって実行される場合に、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の方法を前記1つ又は複数のプロセッサが実行するのを可能にするように、プロセッサ制御命令が符号化されているコンピュータ可読媒体。
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