JP6799661B2 - 睡眠時無呼吸モニタリングシステム - Google Patents

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Description

〔関連出願との相互参照〕
本出願は、2016年03月17日付の韓国特許出願第10−2016−0032398号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として組み込まれる。
本発明は、睡眠時無呼吸モニタリングシステムに関し、より詳細には、使用者の測定対象部位に対する生体信号、及び生体組織の特性に対するインピーダンス断層映像情報を用いて使用者の睡眠状態をモニタリングする睡眠時無呼吸モニタリングシステムに関する。
睡眠時無呼吸は、心臓疾患、肥満、疲労及び居眠りによる事故などを誘発し得る深刻な保健医療問題であり、世界的に対象者が増えている趨勢である。
睡眠時無呼吸症の診断には睡眠ポリグラフ検査が主に用いられており、睡眠ポリグラフ検査を行う睡眠センターは、別途の検査室に、脳波などを含む多数の生体信号の測定器及び映像モニタリング機器などを設置して運営している。
睡眠時無呼吸症の種類としては、閉塞性睡眠時無呼吸症と中枢性睡眠時無呼吸症がある。
閉塞性睡眠時無呼吸症は、睡眠中の上気道の閉塞により、頻繁な覚醒と血中酸素飽和濃度の低下が繰り返して起こる睡眠呼吸障害のことを称し、成人を基準として、10秒超の時間の間、基底呼吸振幅から少なくとも90%の呼吸振幅の減少を示すと同時に、呼吸努力が維持又は増加される場合として定義される。
また、中枢性睡眠時無呼吸症は、脳又は心臓の問題により発生する無呼吸症状であって、10秒以上無呼吸があると同時に、呼吸に対する努力がない場合として定義される。
このような睡眠時無呼吸症を診断する睡眠ポリグラフ検査を受ける患者は、このような特殊な目的の検査室で様々な種類のセンサを体に付着して睡眠を取り、睡眠ポリグラフ検査システムは、睡眠中に測定した各種生体信号と映像データを分析して、睡眠時無呼吸の診断に必要な情報を医師に提供する。
ここで、睡眠ポリグラフ検査とは、睡眠中に脳波、眼電図(瞳の動き)、顎筋電図、心電図、足の筋電図、いびき、胸−腹の呼吸運動、血中酸素飽和濃度、呼吸気流(airflow)、体の姿勢などの睡眠時に身体に現れる種々の生理的な信号を同時記録(同期化)して、睡眠状態の評価及び睡眠疾患の診断に必要な客観的な資料を提供する検査である。
しかし、従来の睡眠ポリグラフ検査を行う睡眠検査方法は、多くの患者のデータを確保し、診断するのに適しておらず、通常時の睡眠場所と異なる空間、外部的、心理的な要因により、自然な睡眠状態と異なる結果が得られ、実際の無呼吸の程度及び肺の内部の残存空気量に応じた健康に対する影響を分析するのに困難があった。
また、最近になって、いびき及び閉塞性睡眠時無呼吸症に対する臨床的な重要性が台頭し、標準睡眠ポリグラフ検査の要求が大きく増加しているが、検査自体が複雑であり、人力と施設が多く必要であり、検査装備を備えた病院が多くないため予約待ち時間が長く、経済的負担費用が大きいため、これを代替できる携帯型家庭用睡眠検査機器に対する必要性が益々大きくなっている趨勢である。
このような需要の増加に対応して生体信号の測定のための革新的な技術が開発され、これに基づいた携帯型家庭用睡眠検査機器の有効性及び妥当性に関する多くの研究が進んでおり、2010年に米国睡眠医学会(AASM)では6つのカテゴリを提案した。
この範疇内で測定された様々な生体信号の組み合わせを通じて専門医が診断、治療できるということを発表した。ここで、6つのカテゴリは、睡眠(sleep)、心血管系(cardiovascular)、酸素飽和度(oximetry)、睡眠の姿勢(position)、呼吸能(effort)、及び呼吸(respiratory)を含む。
下記の表1は、6つのカテゴリに応じたカテゴリシステムを示す。
ここで、睡眠(sleep)は、脳波測定、睡眠時の体の動きの測定を含み、心血管系(cardiovascular)は、心電図、PAT、心拍数を含み、酸素飽和度(oximetry)は、3秒以上の平均値測定能力保有機能、10hz以上のサンプリングレート(sampling rate)を含む。
また、呼吸能(effort)は、無呼吸の発生時に呼吸しようとする能力を含み、呼吸(respiratory)は、無呼吸、低呼吸、正常呼吸を判断するためのセンサを含む。
下記の表2は、6つのカテゴリを各会社の技術に合わせて選別し、組み合わせて開発、発売した製品群を示す。
表2を参照すると、WatchPATは、2つの心臓関連情報(PAT信号、酸素飽和度測定モジュールで提供する心拍数)と酸素飽和度、姿勢情報、及びこれらの情報を特定のアルゴリズムで計算して睡眠状態を診断できる資料を提供する。
しかし、WatchPATは、睡眠時無呼吸を診断するが、間接的な方法であるため、正確度が検証されておらず、高血圧患者には適用しにくく、閉塞性睡眠時無呼吸と中枢性睡眠時無呼吸との区分が不可能であるという問題を内包していた。
したがって、本発明は、睡眠ポリグラフ検査及びWatchPATを含む専門的又は携帯用睡眠時無呼吸診断機器の問題点を解決できる新たな生体情報ベースの睡眠時無呼吸モニタリングシステムを記述する。
米国登録特許第6,015,389号(発明の名称:Impedance pneumography) 米国登録特許第8,249,686号(発明の名称:Adherent device for sleep disordered breathing)
本発明は、上気道内の筋肉の動きにより気道が閉塞して発生する閉塞性睡眠時無呼吸をインピーダンス断層映像情報を用いてリアルタイムでモニタリングできる睡眠時無呼吸モニタリングシステムを提供しようとする。
また、本発明は、肺の内部の空気分布の変化をインピーダンス断層映像情報から測定して検出することによって、肺の内部の空気分布の変化が急激に減少する中枢性睡眠時無呼吸と、閉塞性睡眠時無呼吸との差を明確に区分できる睡眠時無呼吸モニタリングシステムを提供しようとする。
また、本発明は、上気道の閉塞時に、残存空気の量及びその変化を通じて身体に及ぼす影響をリアルタイムでモニタリングできるので、睡眠時無呼吸によって発生する2次的間接情報である血中酸素飽和度の変化から測定される情報よりも非常に即時的に結果を取得できる睡眠時無呼吸モニタリングシステムを提供しようとする。
また、本発明は、インピーダンス断層映像情報及び生体信号を全て又は選択した一部を同時に測定できる非常に簡素な携帯型機器として作製され、家庭で自然な睡眠中に測定が可能であり、これを通じて取得した睡眠状態の情報を活用して睡眠時無呼吸の診断及び治療計画に使用することができる睡眠時無呼吸モニタリングシステムを提供しようとする。
本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムは、使用者の測定対象部位の表面に付着されて前記測定対象部位に対するインピーダンスデータを測定する複数のEIT電極を含むEIT電極部と、前記使用者の測定対象部位に接触して生体信号をセンシングする感知部と、前記測定されたインピーダンスデータに基づいて、前記測定対象部位に応じた生体組織の特性に対するインピーダンス断層映像情報を出力し、前記出力されたインピーダンス断層映像情報及び前記センシングされた生体信号に基づいて前記使用者の睡眠状態をモニタリングする睡眠モニタリング装置とを含み、前記感知部は、睡眠による呼吸、いびき、泣き声及び寝言のうちの少なくともいずれか1つの音を感知することができる音感知センサと、使用者が睡眠中に横たわっているか、あるいは覚醒中に座っていたり、立っていたりすることによる睡眠姿勢の変動状態を感知することができる姿勢測定センサと、のうち少なくともいずれか1つを含む。
前記睡眠モニタリング装置は、前記測定されたインピーダンスデータに基づいて、前記測定対象部位に応じた生体組織の特性を映像化して前記インピーダンス断層映像情報を出力する映像出力部と、前記感知部からセンシングされた前記使用者の測定対象部位に対する血中酸素飽和度、音、姿勢、及び心電図のうちの少なくともいずれか1つを含む前記生体信号を分析する生体信号分析部と、前記出力されたインピーダンス断層映像情報及び前記分析された生体信号を用いて、前記使用者の睡眠状態を検出する睡眠状態検出部と、前記検出された睡眠状態に応じた診断情報を前記使用者に提供するように制御する制御部とを含むことができる。
前記映像出力部は、前記測定対象部位に付着された前記複数のEIT電極のうち、少なくとも1つの選択されたEIT電極対を介して複数の周波数範囲を有する電流を注入する電流注入モジュールと、前記複数のEIT電極のうち選択されていないEIT電極対を介して前記注入される電流によって誘起された(induced)電圧を測定する電圧測定モジュールとを含むことができる。
また、前記映像出力部は、前記使用者の睡眠状態に応じて変化する前記電圧測定モジュールを介して測定された電圧に基づいて前記インピーダンスデータを測定するインピーダンス測定モジュールと、前記測定されたインピーダンスデータに基づいて前記生体組織の特性を映像化して前記インピーダンス断層映像情報を生成するインピーダンス断層映像情報生成モジュールとをさらに含むことができる。
本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムにおいて、前記複数のEIT電極は、フレキシブル(Flexible)な材質で構成されたベースプレートの一面に配列されて前記測定対象部位の表面に付着されてもよい。
前記感知部は、前記使用者の睡眠状態時に、前記測定対象部位に応じた動脈血の血中酸素飽和度信号を測定する血中酸素飽和度測定センサ及び前記測定対象部位に応じた心電図を測定する心電図測定センサのうちの少なくともいずれか1つをさらに含むことができる。
また、本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムにおいて、前記睡眠状態検出部は、前記出力されたインピーダンス断層映像情報及び前記分析された生体信号による心電図モフォロジー(morphology)情報から、前記使用者の呼吸又は無呼吸の睡眠状態を検出することができる。
また、前記睡眠状態検出部は、前記使用者の無呼吸の睡眠状態時に、前記出力されたインピーダンス断層映像情報及び前記分析された生体信号を用いて、閉塞性睡眠時無呼吸又は中枢性睡眠時無呼吸の睡眠状態を検出することを特徴とする睡眠時無呼吸モニタリングシステムである。
また、前記睡眠状態検出部は、前記出力されたインピーダンス断層映像情報から、呼吸又は無呼吸、呼吸リズム、及び、呼吸変化率のうちの少なくともいずれか1つの呼吸情報を取得し、取得した前記呼吸情報及び前記分析された生体信号を解析することにより、前記使用者のレム睡眠(REM sleep)又はノンレム睡眠(non−REM sleep)の睡眠状態を検出することができる。
また、前記睡眠状態検出部は、前記生体信号として心電図が測定されると前記出力されたインピーダンス断層映像情報から、呼吸又は無呼吸、呼吸リズム、及び、呼吸変化率のうちの少なくともいずれか1つの呼吸情報を取得し、取得した前記呼吸情報を前記心電図から分析された心拍数とともに解析することで、前記使用者の睡眠(sleep)又はウェイク(wake)の睡眠状態を検出することができる。
本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムにおいて、前記睡眠モニタリング装置は、前記検出された睡眠状態、前記睡眠状態に応じた診断情報、及び前記出力されたインピーダンス断層映像情報のうちの少なくともいずれか1つを前記使用者にディスプレイして提供するユーザインタフェース部と、前記睡眠状態に応じた診断情報を伝送する通信部とをさらに含むことができる。
本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムは、使用者の測定対象部位の表面に付着された複数のEIT電極から測定される前記測定対象部位に対するインピーダンスデータに基づいて、前記測定対象部位に応じた生体組織の特性を映像化してインピーダンス断層映像情報を出力する映像出力部と、前記使用者の測定対象部位に接触した感知部からセンシングされる前記使用者の測定対象部位に対す及び姿のうちの少なくともいずれか1つを含む生体信号を分析する生体信号分析部と、前記出力されたインピーダンス断層映像情報及び前記分析された生体信号を用いて、前記使用者の睡眠状態を検出する睡眠状態検出部と、前記検出された使用者の睡眠状態に応じた診断情報を前記使用者に提供するように制御する制御部とを含み、前記音の生体信号は、音感知センサによって感知された睡眠による呼吸、いびき、泣き声及び寝言のうちの少なくともいずれか1つの音であり、前記姿勢の生体信号は、姿勢測定センサによって感知された使用者が睡眠中に横たわっているか、あるいは覚醒中に座っていたり、立っていたりすることによる睡眠姿勢のうちの少なくともいずれか1つの姿勢である
本発明の実施例によれば、上気道内の筋肉の動きにより気道が閉塞して発生する閉塞性睡眠時無呼吸をインピーダンス断層映像情報を用いてリアルタイムでモニタリングすることができる。
また、本発明の実施例によれば、肺の内部の空気分布の変化をインピーダンス断層映像情報から測定して検出することによって、肺の内部の空気分布の変化が急激に減少する中枢性睡眠時無呼吸と、閉塞性睡眠時無呼吸との差を明確に区分することができる。
また、本発明の実施例によれば、上気道の閉塞時に、残存空気の量及びその変化を通じて身体に及ぼす影響をリアルタイムでモニタリングできるので、睡眠時無呼吸によって発生する2次的間接情報である血中酸素飽和度の変化から測定される情報よりも非常に即時的に結果を取得することができる。
また、本発明の実施例によれば、インピーダンス断層映像情報及び生体信号を全て又は選択した一部を同時に測定できる非常に簡素な携帯型機器として作製され、家庭で自然な睡眠中に測定が可能であり、これを通じて取得した睡眠状態の情報を活用して睡眠時無呼吸の診断及び治療計画に使用することができる。
本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムの具現例を示した図である。 本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムのEIT電極部及び感知部の実施例を示した図である。 本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムの睡眠モニタリング装置の構成を説明するために示したブロック図である。 本発明の実施例に係る睡眠モニタリング装置での映像出力部の構成を説明するために示したブロック図である。
以下、添付の図面及び添付の図面に記載された内容を参照して、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明が実施例によって制限又は限定されるものではない。
本明細書で使用された用語は、実施例を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は、文句で特に言及しない限り、複数形も含む。明細書で使用される「含む(comprises)」及び/又は「含んでいる(comprising)」は、言及された構成要素、段階、動作及び/又は素子以外に一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び/又は素子の存在または追加を排除しない。
本明細書で使用される「実施例」、「例」、「側面」、「例示」などは、記述された任意の態様(aspect)又は設計が他の態様又は設計よりも良好であるか、または利点があるものと解釈すべきものではない。
また、「又は」という用語は、排他的論理和「exclusive or」よりは、包含的な論理和「inclusive or」を意味する。すなわち、特に言及しない限り、または文脈から明らかでない限り、「xがa又はbを用いる」という表現は、包含的な自然順列(natural inclusive permutations)のいずれか一つを意味する。
また、本明細書及び請求項で使用される単数表現(「a」又は「an」)は、特に言及しない限り、または単数形態に関するものであることが文脈から明らかでない限り、一般的に「一つ以上」を意味するものと解釈しなければならない。
また、本明細書及び請求項で使用される「第1」、「第2」などの用語は、様々な構成要素を説明するのに使用できるが、構成要素がこのような用語によって限定されてはならない。このような用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使用される。
他の定義がなければ、本明細書で使用される全ての用語(技術及び科学的用語を含む)は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に共通に理解される意味として使用され得る。また、一般的に使用される辞書に定義されている用語は、明らかに特に定義されていない限り、理想的又は過度に解釈されない。
一方、本発明を説明するにおいて、関連する公知機能又は構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。そして、本明細書で使用される用語(terminology)は、本発明の実施例を適切に表現するために使用された用語であって、これは、使用者、運用者の意図、または本発明の属する分野の慣例などによって変わり得る。したがって、本用語に対する定義は、本明細書全般にわたる内容に基づいて行われるべきである。
図1は、本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムを具現した例を示したものである。
本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムは、使用者の測定対象部位に対するインピーダンスデータを測定し、生体信号をセンシングし、測定されたインピーダンスデータに基づいて測定対象部位に応じた生体組織の特性に対するインピーダンス断層映像情報を出力し、出力されたインピーダンス断層映像情報及び生体信号に基づいて使用者の睡眠状態をモニタリングする。
このために、本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムは、EIT電極部100、感知部200、及び睡眠モニタリング装置300を含む。
EIT電極部100は、使用者の測定対象部位の表面に付着されて測定対象部位に対するインピーダンスデータを測定する複数のEIT電極を含む。
複数のEIT電極は、フレキシブル(Flexible)な材質で構成されたベースプレートの一面に配列されて測定対象部位の表面に付着され得る。
また、複数のEIT電極は、使用者が感知できない比較的低い電流、例えば、1mA以下の高周波電流を注入し、誘導電圧を測定するのに使用され、この複数のEIT電極を介して測定された電流−電圧データは、映像化アルゴリズムを介して上気道の形態又は胸部の形態を検出するのに使用することができる。
実施例によって、EIT電極部100は、ベースプレート上に一定の間隔で形成されてもよく、測定対象部位の特性及び活用用途に応じて様々な配列及び構造で配置されてもよい。また、ベースプレートは、使用者の上気道及び胸部又は腹部を含む測定対象部位に巻いた状態でインピーダンスを測定できるように、一定の長さ及び幅を有することができるが、長さ及び幅は、実施例によって変形可能であるので、これに限定されるものではない。
また、実施例によって、本発明の実施例に係る睡眠モニタリングシステムのEIT電極部100は、上気道領域の周辺の顔の表面に付着された複数のEIT電極を保護するために、複数のEIT電極の外部を囲む形態で構成されたベルト又はマスク形態の保護装具に形成されてもよい。
このような形態の保護装具は、使用者が自然睡眠時に圧迫を感じる程度を減少させると同時に、誘導電圧を測定できる程度の接触レベルを維持する役割を果たし、既存の超音波プローブの圧力の程度に比べて圧迫感が非常に減少することができる。したがって、このような構造のEIT電極部100を使用して、自然な睡眠状態で長時間の間、使用者の上気道の閉塞の有無を容易に測定することができる。
また、EIT電極部100は、使用者の上気道又は胸部に付着され、複数のEIT電極を2次元又は3次元に配列する方式で電極配列構造及び測定プロトコルの変更を通じて、上気道又は胸部の近くの表面での電場の分布を効果的に測定することができる。
感知部200は、使用者の測定対象部位に接触して生体信号をセンシングする。
感知部200は、繊維ベースのセンサを含むことができ、繊維ベースのセンサで睡眠中の使用者の生体信号をセンシング(sensing)する機能を行うことができる。
例えば、感知部200は、使用者の睡眠状態時に、測定対象部位に応じた動脈血の血中酸素飽和度(SpO)信号を測定する血中酸素飽和度測定センサ、使用者の生体活動による音を感知する音感知センサ、使用者の動きを感知する姿勢測定センサ、及び測定対象部位に応じた心電図を測定する心電図測定センサのうちの少なくともいずれか1つを含むことができる。
ここで、血中酸素飽和度測定センサは、使用者の測定対象部位に付着されて、血液を構成している種々の成分のうちヘモグロビン内に存在する酸素の含量を示す血中酸素飽和度(SpO、Saturation of peripheral Oxygen)を測定するものであり得る。
実施例によって、血中酸素飽和度測定センサは、光を用いて、反射又は透過した使用者の人体の光電容積脈波(PPG、Photoplethysmography)に関する信号を測定し、測定された光電容積脈波に関する信号に基づいて血中酸素飽和度を測定することができる。
また、音感知センサは、睡眠による呼吸、いびき、泣き声及び寝言のうちの少なくともいずれか1つの音を感知することができ、実施例によって、音感知センサは、睡眠時に、使用者の測定対象部位に付着されるか、または使用者から一定距離離れて存在する非接触の形態であってもよい。
また、姿勢測定センサは、ジャイロセンサ及び加速度センサのうちの少なくともいずれか1つで形成されてもよく、使用者の測定対象部位に付着されて、使用者の動きによる姿勢を測定することができる。
例えば、姿勢測定センサは、加速度センサを用いて、使用者の睡眠姿勢の変動を感知し、例えば、使用者が睡眠中に横たわっているか、あるいは覚醒中に座っていたり、立っていたりすることによる睡眠姿勢の変動状態を感知することができる。
また、心電図測定センサは、使用者の測定対象部位に接触して心電図(electroencephalogram、ECG)を測定することができる。
ここで、心電図(ECG)は、心臓の特殊興奮伝導システム(special excitatory & conductive system)によって発生する活動電位(action potential)のベクトル和で構成された波形である。すなわち、心臓の各構成要素である洞房結節(SA node、sinoatrial node)、房室結節(AV node、atrioventricular node)、ヒス束(His bundle)、ヒス束枝(bundle branch)、プルキンエ線維(Purkinje fibers)などから発生する活動電位のベクトル和信号を、体外に付着した電極から測定した信号のことをいう。
本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムの感知部200は、実施例によって、睡眠環境を測定する睡眠環境センサをさらに含むことができ、睡眠環境センサは、使用者から一定距離離れた所に位置して、睡眠空間の騒音、光、振動、及び温度のうちの少なくともいずれか1つを測定できる。
以下では、図2A及び図2Bを参照して、EIT電極部100及び感知部200の構成をさらに詳細に説明する。
図2Aは、本発明の実施例に係る測定対象部位に対する睡眠時無呼吸モニタリングシステムのEIT電極部及び感知部の実施例を示したものである。
図2Aを参照すると、本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムは、使用者の上気道及び使用者の胸部にそれぞれ付着可能なEIT電極部100a,100b、及び使用者の測定対象部位に付着された感知部200aを含むことができる。
使用者の上気道に付着されたEIT電極部100aは、ベースプレート上に一定の間隔で形成されて上気道領域の周辺の顔の表面に付着され、上気道の開閉に対するインピーダンスデータを測定することができる。
ここで、本発明の実施例に係るEIT電極部100aが形成されたベースプレートは、マスク状プレート、ベルト状プレート、電極ベルト、及びケーブルベルトのうちの少なくともいずれか1つで形成されてもよいが、必ずしもこれに限定されるものではない。その他にも、自然睡眠時に使用者が感じる圧迫感を最小化しながら、データ測定レベルを高めるための接触レベルを考慮して、他の形状や構造を有する配列のEIT電極部100aを含むベースプレートも十分に適用され得る。
実施例によって、EIT電極部100aは、銀(Ag)めっきされた弾性繊維又は高分子系ナノ繊維(PVDF nanofiber web)をベースとして作製された伝導性繊維電極を含むことができるが、実施例によっては、長時間の測定に対する皮膚反応が少ない様々な材質の電極で形成されてもよいので、これに限定されるものではない。
また、本発明の実施例に係るEIT電極部100aは、例えば、16、32、64及び256のうちの少なくともいずれか1つのチャンネルの電極を2次元又は3次元に配列する方式で、電極配列構造及び測定プロトコルの変更を通じて、使用者の上気道の近くの表面での電場の分布を効果的に測定することもできる。
実施例によって、ベースプレート上に形成されたEIT電極部100aは、3次元的な配列で配置されて、それぞれのレイヤに対応するインピーダンス測定を可能にすることによって、特定の位置での2次元的な断面映像のみを提供する従来の方法よりも正確かつ効果的な診断を図ることもできる。
本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムの使用者の胸部に付着されたEIT電極部100bは、使用者の測定対象部位に巻いた状態でインピーダンスを測定できるように、一定の長さを有するベースプレート上に形成され得る。また、ベースプレートは、人体の腰又は胸部のように屈曲が形成された部位に巻くことができるようにフレキシブルな材質で形成することができる。
図2Aに示されたように、EIT電極部100bは、ベースプレート上に一定距離の間隔を維持して形成され、使用者の胸部に付着されて、使用者の睡眠状態時に、呼吸による肺の形状からインピーダンスを測定することができる。
実施例によって、本発明の実施例に係るEIT電極部100bが形成されたベースプレートは、ベルト型配列電極の形状に必ずしも限定されるものではない。その他にも、自然睡眠時に使用者が感じる圧迫感を最小化しながら、データ測定レベルを高めるための接触レベルを考慮して、他の形状や構造を有する配列のEIT電極部100bを含むベースプレートも十分に適用され得る。
本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムの使用者の測定対象部位に付着された感知部200aは、使用者の測定対象部位に接触して生体信号をセンシングすることができる。
感知部200aは、使用者の測定対象部位のどこにでも接触できるので、接触する測定対象部位の位置及び個数は、図2Aに示したものに限定されるものではない。
感知部200aは、音感知センサ、姿勢測定センサ、及び心電図測定センサのうちの少なくともいずれか1つであってもよく、使用者の人体に付着するための繊維ベースのセンサであってもよい。
図2Bは、本発明の実施例に係る血中酸素飽和度を測定するための睡眠時無呼吸モニタリングシステムの感知部の実施例を示したものである。
図2Bを参照すると、本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムは、使用者の血中酸素飽和度を測定するために、指先やつま先にある末梢血管に流れる血流量を、赤色光源を用いて透過する光量を測定する光センサを使用して酸素飽和度(SpO)信号を測定する感知部200bを含むことができる。
図2Bに示したように、感知部200bは、指先に挟む測定端子形態で構成され、発光部として660nmの赤色LED及び940nmの赤外線LEDが構成され、受光部としては、フォトダイオード(photo diode)及びフォトトランジスタ(photo transistor)を付着した光モジュール(optic module)が構成され得る。
再び図1を参照すると、本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムの睡眠モニタリング装置300は、測定されたインピーダンスデータに基づいて測定対象部位に応じた生体組織の特性に対するインピーダンス断層映像情報を出力し、出力されたインピーダンス断層映像情報及びセンシングされた生体信号に基づいて使用者の睡眠状態をモニタリングする。
より詳細には、睡眠モニタリング装置300は、EIT電極部100及び感知部200と接続され、EIT電極部100から測定される測定対象部位に対するインピーダンスデータと、感知部200から測定される生体信号とを受信して、生体組織の特性に対するインピーダンス断層映像情報を出力し、インピーダンス断層映像情報及び生体信号に基づいて使用者の睡眠状態をモニタリングすることができる。
以下では、図3を参照して、睡眠モニタリング装置300の構成をより詳細に説明する。
図3は、本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムの睡眠モニタリング装置の構成を説明するために示したブロック図である。
図3を参照すると、本発明の実施例に係る睡眠モニタリング装置300は、インピーダンスデータに基づいてインピーダンス断層映像情報を出力し、出力されたインピーダンス断層映像情報及び生体信号に基づいて使用者の睡眠状態をモニタリングする。
このために、本発明の実施例に係る睡眠モニタリング装置300は、映像出力部310、生体信号分析部320、睡眠状態検出部330、及び制御部340を含むことができる。
映像出力部310は、測定されたインピーダンスデータに基づいて、測定対象部位に応じた生体組織の特性を映像化してインピーダンス断層映像情報を出力することができる。
以下では、図4を参照して、映像出力部310の構成をより詳細に説明する。
図4は、本発明の実施例に係る睡眠モニタリング装置での映像出力部の構成を説明するために示したブロック図である。
図4を参照すると、本発明の実施例に係る映像出力部310は、電流注入モジュール311及び電圧測定モジュール312を含むことができる。
電流注入モジュール311は、測定対象部位に付着された複数のEIT電極のうち、少なくとも1つの選択されたEIT電極対を介して複数の周波数範囲を有する電流を注入することができる。
より詳細には、電流注入モジュール311は、使用者の上気道及び胸部のうちの少なくともいずれか1つに付着されて形成された複数のEIT電極のうち、選択されたEIT電極対に数十Hz〜数MHzの周波数範囲を含む電流を注入することができる。
電圧測定モジュール312は、複数のEIT電極のうち選択されていないEIT電極対を介して注入される電流によって誘起された(induced)電圧を測定することができる。
実施例によって、電流注入モジュール311及び電圧測定モジュールは312は、本発明の実施例に係る睡眠時無呼吸モニタリングシステムの制御部340から使用者の測定対象部位に応じた生体組織の電気的特性を見せるために、生体組織の垂直及び水平方向に基づいて選択されたEIT電極対に電流を注入し、誘起された電圧を測定することができる。
また、本発明の実施例に係る映像出力部310は、インピーダンス測定モジュール313、及びインピーダンス断層映像情報生成モジュール314をさらに含むことができる。
インピーダンス測定モジュール313は、使用者の睡眠状態に応じて変化する電圧測定モジュール312を介して測定された電圧に基づいてインピーダンスデータを測定することができる。
インピーダンス測定モジュール313は、使用者の睡眠状態時に現れる上気道及び胸部の閉塞形状を、電圧測定モジュール312から測定された電圧に基づいて上気道及び胸部を含む測定対象部位の生体組織に対するインピーダンスデータを測定することができる。
実施例によって、インピーダンス測定モジュール313は、上気道及び胸部を含む測定対象部位の垂直及び水平方向に対応して測定された誘起された電圧を用いて、測定対象部位の垂直方向のインピーダンスデータ及び水平方向のインピーダンスデータを測定することができる。
また、インピーダンス測定モジュール313は、測定されたインピーダンスデータを用いて逆非線形データ処理を行うと、使用者の測定対象部位でのインピーダンス値の分布に対する推定をすることもできる。
インピーダンス断層映像情報生成モジュール314は、測定されたインピーダンスデータに基づいて生体組織の特性を映像化してインピーダンス断層映像情報を生成することができる。
インピーダンス断層映像情報生成モジュール314は、EIT電極部によって測定された使用範囲内の複数個のEIT電極を介して使用者の特定の対象部位に対するインピーダンスデータから、測定対象部位の生体組織の特定の領域のインピーダンス断層映像情報を取得することができる。
例えば、インピーダンス断層映像情報生成モジュール314は、使用者の上気道の閉塞の様相、及び使用者の呼吸による肺の形態の変化によるインピーダンスデータの変化から、インピーダンス断層映像情報を生成することができる。
再び図3を参照すると、本発明の実施例に係る睡眠モニタリング装置300の生体信号分析部320は、感知部からセンシングされた使用者の測定対象部位に対する血中酸素飽和度、音、姿勢、及び心電図のうちの少なくともいずれか1つを含む生体信号を分析することができる。
生体信号分析部320は、感知部からセンシングされた使用者の生体信号を受信して、予め設定された基準値に基づいて生体信号を分析することができる。
例えば、生体信号分析部320は、音を含む生体信号を受信して、睡眠による呼吸、いびき、泣き声及び寝言のうちの少なくともいずれか1つの音を感知し、予め設定された音の基準値を基準として、音に対する生体信号の危険度、平均及び強弱のうちの少なくともいずれか1つの分析を行うことができる。
また、生体信号分析部320は、姿勢を含む生体信号を受信して、使用者の動きによる姿勢を感知し、それに基づいて、仰臥位、側臥位、座位、及び立位のうちの少なくともいずれか1つの姿勢を分析することができる。
また、生体信号分析部320は、血中酸素飽和度及び心電図のうちの少なくともいずれか1つを含む生体信号を受信して、予め設定された基準値に基づいて血中酸素飽和度及び心電図に対する生体信号の危険度を分析することができる。
睡眠状態検出部330は、出力されたインピーダンス断層映像情報及び分析された生体信号を用いて、使用者の睡眠状態を検出することができる。
睡眠状態検出部330は、出力されたインピーダンス断層映像情報及び分析された生体信号による心電図モフォロジー(morphology)情報から、使用者の呼吸又は無呼吸の睡眠状態を検出することができる。
例えば、睡眠状態検出部330は、呼吸性洞性不整脈(respiratory sinus arrhythmia)と呼ばれる胸部によって発生する心拍の変異現象に基づいて心電図の生体信号のピーク間隔を求め、その間隔に補間法(interpolation)を適用して呼吸信号を検出することができる。したがって、睡眠状態検出部330は、呼吸信号から無呼吸状態を検出することもできる。
すなわち、睡眠状態検出部330は、心電図の生体信号及び使用者の胸部に対して出力されたインピーダンス断層映像情報を用いて、使用者の呼吸又は無呼吸の睡眠状態を検出することができる。
睡眠状態検出部330は、無呼吸の睡眠状態を検出する場合、出力されたインピーダンス断層映像情報及び生体信号を用いて、閉塞性睡眠時無呼吸又は中枢性睡眠時無呼吸の睡眠状態を検出することができる。
例えば、睡眠状態検出部330は、出力されたインピーダンス断層映像情報及び生体信号を用いて、使用者の上気道を介した空気の流れの障害により頻繁な覚醒と血中酸素飽和濃度の低下が繰り返して起こる閉塞性睡眠時無呼吸症、または10秒以上無呼吸が続く中枢性睡眠時無呼吸症の睡眠状態を検出することができる。
また、睡眠状態検出部330は、出力されたインピーダンス断層映像情報及び分析された生体信号を用いて、使用者のレム睡眠(REM sleep)及びノンレム睡眠(non−REM sleep)のうちの少なくともいずれか1つの睡眠状態を検出することができる。
例えば、睡眠状態検出部330は、使用者の上気道又は胸部に対して出力されたインピーダンス断層映像情報、及び生体信号を用いて使用者の睡眠時に、呼吸リズムや呼吸変化率を用いてレム睡眠又はノンレム睡眠の睡眠状態を検出することができる。
また、睡眠状態検出部330は、生体信号として心電図が測定されると、心電図から分析された心拍数、及び出力されたインピーダンス断層映像情報を用いて、使用者の睡眠(sleep)又はウェイク(wake)の睡眠状態を検出することができる。
例えば、睡眠状態検出部330は、心拍数の生体信号を分析して、睡眠状態であるか否かを把握することができ、より正確度を高めるために、使用者の上気道及び胸部に対するインピーダンス断層映像情報を用いて、使用者の睡眠又はウェイクの睡眠状態を検出することができる。
本発明の実施例に係る睡眠状態検出部330は、実施例によって、通信部360から受信された、病院又は睡眠状態管理サーバーの外部サーバーに格納されて維持されていた使用者のヒストリーデータ、及び睡眠状態に応じた処方及び検診データのうちの少なくともいずれか1つを用いて、患者の睡眠状態をより正確に検出することができる。
制御部340は、検出された睡眠状態に応じた診断情報を使用者に提供するように制御することができる。
例えば、制御部340は、呼吸、無呼吸、閉塞性睡眠時無呼吸症、中枢性睡眠時無呼吸症、睡眠(sleep)、ウェイク(wake)、レム睡眠、及びノンレム睡眠のうちの少なくともいずれか1つを含む睡眠状態に応じた診断情報を使用者に提供するように制御することができる。
実施例によって、診断情報は、予め設定された睡眠状態に対応するマニュアル(manual)に基づいた診断情報であってもよく、外部サーバーから受信される睡眠状態に応じた診断情報であってもよい。
制御部340は、使用者の上気道及び胸部のうちの少なくとも1つに対するインピーダンスデータを測定するように映像出力部310を制御することができ、測定対象部位に対する生体信号を測定するように生体信号分析部320を制御することができる。
また、制御部340は、使用者の上気道及び胸部のうちの少なくとも1つに対する垂直方向及び水平方向のインピーダンスデータを測定するために、電流注入モジュール311、電圧測定モジュール312、インピーダンス測定モジュール313、及びインピーダンス断層映像情報生成モジュール314のうちの少なくともいずれか1つのモジュールを制御することもできる。
また、制御部340は、検出された睡眠状態に応じた診断情報を使用者にディスプレイして提供するようにユーザインタフェース部350を制御することができ、通信部360から外部に伝送するように制御することもできる。
本発明の実施例に係る睡眠モニタリング装置300は、ユーザインタフェース部350及び通信部360をさらに含むことができる。
ユーザインタフェース部350は、検出された睡眠状態、睡眠状態に応じた診断情報、及び出力されたインピーダンス断層映像情報のうちの少なくともいずれか1つを使用者にディスプレイして提供することができる。
例えば、ユーザインタフェース部350は、検出された睡眠状態、診断情報、及びインピーダンス断層映像情報のうちの少なくともいずれか1つを、数値、値、パーセント、グラフ、映像及び図面のうちの少なくともいずれか1つを用いて、使用者にリアルタイムで睡眠状態に関する情報をディスプレイして提供することができ、睡眠の間の呼吸の量を定量化して、映像、信号及び数値のうちの少なくともいずれか1つを用いてディスプレイして提供することもできる。
通信部360は、睡眠状態に応じた診断情報を伝送することができ、外部から睡眠状態に応じた診断情報及び使用者の睡眠状態と関連する情報を受信することもできる。
例えば、通信部360は、使用者が所持している端末機に、検出された睡眠状態、診断情報及びインピーダンス断層映像情報のうちの少なくともいずれか1つを伝送することができ、実施例によっては、病院及び睡眠状態管理サーバーのうちの少なくともいずれか1つに伝送することもできる。
以上のように、実施例が、たとえ限定された実施例と図面によって説明されたが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、上記の記載から様々な修正及び変形が可能である。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順序で行われたり、及び/又は説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法と異なる形態で結合又は組み合わされたり、他の構成要素又は均等物によって代替又は置換されたりしても適切な結果が達成され得る。
したがって、他の具現、他の実施例及び特許請求の範囲と均等なものも、後述する特許請求の範囲の範囲に属する。
100,100a,100b EIT電極部
200,200a,200b 感知部
300 睡眠モニタリング装置
310 映像出力部
311 電流注入モジュール
312 電圧測定モジュール
313 インピーダンス測定モジュール
314 インピーダンス断層映像情報生成モジュール
320 生体信号分析部
330 睡眠状態検出部
340 制御部
350 ユーザインタフェース部
360 通信部

Claims (12)

  1. 使用者の胸部の表面に付着して肺内部の空気分布に対するインピーダンスデータを測定する複数のEIT電極を含むEIT電極部と、
    前記使用者の測定対象部位に接触して生体信号をセンシングする感知部と、
    定された前記肺内部の空気分布に対するインピーダンスデータに基づいて、前記胸部に応じた生体組織の特性に対するインピーダンス断層映像情報を出力し、力された前記インピーダンス断層映像情報から得られた呼吸量及びセンシングされた前記生体信号に基づいて前記使用者の睡眠状態をモニタリングする睡眠モニタリング装置とを含み、
    前記感知部は、
    睡眠による呼吸、いびき、泣き声及び寝言のうちの少なくともいずれか1つの音を感知することができる音感知センサと、
    使用者が睡眠中に横たわっているか、あるいは覚醒中に座っていたり、立っていたりすることによる睡眠姿勢の変動状態を感知することができる姿勢測定センサと、のうち少なくともいずれか1つを含む、睡眠時無呼吸モニタリングシステム。
  2. 前記睡眠モニタリング装置は、
    定された前記インピーダンスデータに基づいて、前記胸部に応じた生体組織の特性を映像化して前記インピーダンス断層映像情報を出力する映像出力部と、
    前記感知部からセンシングされた前記使用者の測定対象部位に対する血中酸素飽和度、音、姿勢、及び心電図のうちの少なくともいずれか1つを含む前記生体信号を分析する生体信号分析部と、
    力された前記インピーダンス断層映像情報及び前記生体信号分析部にて分析された生体信号を用いて、前記使用者の睡眠状態を検出する睡眠状態検出部と、
    検出された前記睡眠状態に応じた診断情報を前記使用者に提供するように制御する制御部とを含む、請求項1に記載の睡眠時無呼吸モニタリングシステム。
  3. 前記映像出力部は、
    前記胸部に付着された前記複数のEIT電極のうち、少なくとも1つの選択されたEIT電極対を介して複数の周波数範囲を有する電流を注入する電流注入モジュールと、
    前記複数のEIT電極のうち選択されていないEIT電極対を介して注入される電流によって誘起された(induced)電圧を測定する電圧測定モジュールとを含む、
    請求項2に記載の睡眠時無呼吸モニタリングシステム。
  4. 前記映像出力部は、
    前記使用者の睡眠状態に応じて変化する前記電圧測定モジュールを介して測定された電圧に基づいて前記インピーダンスデータを測定するインピーダンス測定モジュールと、
    定された前記インピーダンスデータに基づいて前記生体組織の特性を映像化して前記インピーダンス断層映像情報を生成するインピーダンス断層映像情報生成モジュールとをさらに含む、請求項3に記載の睡眠時無呼吸モニタリングシステム。
  5. 前記複数のEIT電極は、
    フレキシブル(Flexible)な材質で構成されたベースプレートの一面に配列されて前記胸部の表面に付着されることを特徴とする、請求項1に記載の睡眠時無呼吸モニタリングシステム。
  6. 前記感知部は、
    前記使用者の睡眠状態時に、前記測定対象部位に応じた動脈血の血中酸素飽和度信号を測定する血中酸素飽和度測定センサ、及び前記測定対象部位に応じた心電図を測定する心電図測定センサのうちの少なくともいずれか1つをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の睡眠時無呼吸モニタリングシステム。
  7. 前記睡眠状態検出部は、
    力された前記インピーダンス断層映像情報及び前記生体信号分析部にて分析された生体信号による心電図モフォロジー(morphology)情報から、前記使用者の呼吸又は無呼吸の睡眠状態を検出することを特徴とする、請求項2に記載の睡眠時無呼吸モニタリングシステム。
  8. 前記睡眠状態検出部は、
    前記使用者の無呼吸の睡眠状態時に、力された前記インピーダンス断層映像情報及び前記生体信号分析部にて分析された生体信号を用いて、閉塞性睡眠時無呼吸又は中枢性睡眠時無呼吸の睡眠状態を検出することを特徴とする、請求項7に記載の睡眠時無呼吸モニタリングシステム。
  9. 前記睡眠状態検出部は、
    前記出力されたインピーダンス断層映像情報から、呼吸又は無呼吸、呼吸リズム、及び、呼吸変化率のうちの少なくともいずれか1つの呼吸情報を取得し、取得した前記呼吸情報及び前記生体信号分析部にて分析された生体信号を解析することにより、前記使用者のレム睡眠(REM sleep)又はノンレム睡眠(non−REM sleep)の睡眠状態を検出することを特徴とする、請求項2に記載の睡眠時無呼吸モニタリングシステム。
  10. 前記睡眠状態検出部は、
    前記生体信号として心電図が測定されると、力された前記インピーダンス断層映像情報から、呼吸又は無呼吸、呼吸リズム、及び、呼吸変化率のうちの少なくともいずれか1つの呼吸情報を取得し、取得した前記呼吸情報を前記心電図から分析された心拍数とともに解析することで、前記使用者の睡眠(sleep)又はウェイク(wake)の睡眠状態を検出することを特徴とする、請求項2に記載の睡眠時無呼吸モニタリングシステム。
  11. 前記睡眠モニタリング装置は、
    出された前記睡眠状態、前記睡眠状態に応じた診断情報、及び力された前記インピーダンス断層映像情報のうちの少なくともいずれか1つを前記使用者にディスプレイして
    提供するユーザインタフェース部と、
    前記睡眠状態に応じた診断情報を伝送する通信部とをさらに含む、請求項2に記載の睡眠時無呼吸モニタリングシステム。
  12. 使用者の胸部の表面に付着された複数のEIT電極から測定される肺内部の空気分布に対するインピーダンスデータに基づいて、前記胸部に応じた生体組織の特性を映像化してインピーダンス断層映像情報を出力する映像出力部と、
    前記使用者の測定対象部位に対する生体信号を分析する生体信号分析部と、
    力された前記インピーダンス断層映像情報から得られ呼吸量及び前記生体信号分析部にて分析された生体信号を用いて、前記使用者の睡眠状態を検出する睡眠状態検出部と、
    出された前記使用者の睡眠状態に応じた診断情報を前記使用者に提供するように制御する制御部とを含み、
    前記生体信号は、接触感知部によって得られ、当該接触感知部は、睡眠による呼吸、いびき、泣き声及び寝言のうちの少なくともいずれか1つの音を感知することができる音感知センサと、前記使用者が睡眠中に横たわっているか、あるいは覚醒中に座っていたり、立っていたりすることによる睡眠姿勢の変動状態を感知することができる姿勢測定センサと、のうちの少なくともいずれか1つを含む、睡眠時無呼吸モニタリングシステム。
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