JP7053994B2 - 無呼吸判定装置 - Google Patents

Description

本開示は、無呼吸判定装置に関する。

就寝者の無呼吸状態を判定する無呼吸判定装置がある。特許文献１には、心拍数周期性変動（ｃｙｃｌｉｃ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ、ＣＶＨＲ）を検出して無呼吸状態を判定する装置が開示されている。ここで、ＣＶＨＲは、「睡眠時における無呼吸又は低呼吸に伴う心拍変動」と定義できる。特許文献１では、このＣＶＨＲの波形に基づいて、就寝者が無呼吸状態であるかを判定している。

特開２０１０－５１３８７号公報

無呼吸状態は、厳密には、閉塞性無呼吸状態と中枢性無呼吸状態とに大別できる。閉塞性無呼吸状態は、肺による呼吸運動は行っているが、睡眠中の筋弛緩等の影響によりに舌根部等が下がり気道が閉塞される状態である。中枢性無呼吸状態は、呼吸中枢の障害により呼吸運動自体が消失した状態である。

特許文献１に開示のＣＶＨＲを用いた無呼吸判定では、就寝者が無呼吸状態であると判定できたとしても、就寝者が閉塞性無呼吸状態であるか、中枢性無呼吸状態であるかを明確に区別することができなかった。

本開示の目的は、閉塞性無呼吸状態と中枢性無呼吸状態とを判別できる無呼吸判定装置を提供することである。

第１の態様は、就寝者の心拍数周期性変動（ｃｙｃlｉｃ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ，ＣＶＨＲ）の発生区間における就寝者の呼吸運動の有無に基づいて、該就寝者が閉塞性無呼吸状態であるか、中枢性無呼吸状態であるかを判定する判定部（46）を備えた無呼吸判定装置である。

第１の態様では、ＣＶＨＲの検出により無呼吸状態の疑いがある条件下において、ＣＶＨＲの発生区間における就寝者の呼吸運動の有無を検出することで、閉塞性無呼吸状態であるか、中枢性無呼吸状態であるかを判定できる。

第２の態様は、第１の態様において、前記判定部（46）は、前記就寝者の呼吸に伴う呼吸信号の振幅に基づいて前記呼吸運動の有無を判定することを特徴とする無呼吸判定装置である。

第２の態様では、就寝者の呼吸運動に有無が、呼吸信号の振幅に基づいて判定される。

第３の態様は、第１又は２の態様において、前記判定部（46）は、前記ＣＶＨＲ波形の隣り合うディップの間の区間において前記呼吸信号の振幅が所定値よりも大きい条件が成立すると、閉塞性無呼吸状態であると判定し、該条件が成立しないと、中枢性無呼吸状態であると判定することを特徴とする無呼吸判定装置である。

第３の態様では、隣り合うディップの間の区間において、呼吸信号の振幅が所定値よりも大きい場合、就寝者が無呼吸状態であり、且つ呼吸運動が生起されると推定できる。従って、この場合には、閉塞性無呼吸状態であると判定される。隣り合うディップの間の区間において、呼吸信号の振幅が所定値以下である場合、就寝者が無呼吸状態であり、且つ呼吸運動が消失していると推定できる。従って、この場合には、中枢性無呼吸状態であると判定される。

第４の態様は、第１乃至３の態様のいずれか１つにおいて、前記就寝者の体動に応じた信号を出力する体動検知部（20A）と、前記体動検知部（20A）の出力信号から、前記就寝者の呼吸に伴う呼吸信号を抽出する呼吸信号抽出部（43）と、前記体動検知部（20A）の出力信号から、前記就寝者の心拍に伴う心拍信号を抽出する心拍信号抽出部（44）とを備え、前記判定部（46）は、前記心拍信号から検出した前記就寝者のＣＶＨＲの発生区間における呼吸信号の振幅に基づいて、前記就寝者が閉塞性無呼吸状態であるか、中枢性無呼吸状態であるかを判定することを特徴とする無呼吸判定装置である。

第４の態様では、体動検知部（20A）から出力された信号が、ＣＶＨＲを検出するための心拍信号と、呼吸運動の有無を検出するための呼吸信号との双方に利用される。

第５の態様は、第４の態様において、前記体動検知部（20A）が、前記就寝者の体動が作用する中空部材（20）と、前記中空部材（20）の内圧に応じた信号を、前記就寝者の体動に応じた信号として出力する圧力センサ（31）とを備えていることを特徴とする無呼吸判定装置である。

第６の態様は、第１乃至５の態様のいずれか１つにおいて、前記判定部（46）の判定結果を含むデータを出力する出力部（48）を備えていることを特徴とする無呼吸判定装置である。

図１は、実施形態に係る無呼吸判定装置のチューブ型センサの設置状態を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係る無呼吸判定装置の概略構成を示すブロック図である。 図３は、ＣＶＨＲが発生した区間における、呼吸信号と心拍信号の挙動を示す信号波形図である。 図４は、就寝者の無呼吸状態を判定する動作を示すフローチャートである。

以下、本実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《実施形態》
実施形態に係る無呼吸判定装置（10）は、寝具（B）に就寝する対象者（就寝者）の無呼吸状態を判定する。無呼吸判定装置（10）は、就寝者が閉塞性無呼吸状態であるか、中枢性無呼吸状態であるかを判定する。ここで、閉塞性無呼吸状態は、肺による呼吸運動は行っているが、睡眠中の筋弛緩等の影響によりに舌根部等が下がり気道が閉塞されるといえる。中枢性無呼吸状態は、呼吸中枢の障害により呼吸運動自体が消失した状態であるといえる。無呼吸判定装置（10）は、単に就寝者が無呼吸状態であることを検出するだけでなく、対象者が閉塞性無呼吸状態／中枢性無呼吸状態のいずれであるかを判定する。

本実施形態の無呼吸判定装置（10）は、チューブ型センサ（20）と、チューブ型センサ（20）が接続される判定ユニット（30）とを備える。

〈チューブ型センサ〉
図１に示すように、チューブ型センサ（20）は、ベッドや布団などの寝具（B）に敷設される。就寝者が寝具（B）上に寝そべると、チューブ型センサ（20）が就寝者の下側に位置する。就寝者から生起する体動（寝返りなどの粗体動や、心拍や呼吸に由来する微体動）は、チューブ型センサ（20）に作用する。チューブ型センサ（20）は、中空状の中空部材を構成している。チューブ型センサ（20）は、細長い中空筒状に形成される。チューブ型センサ（20）に体動が作用すると、チューブ型センサ（20）に振動が伝わり、その内圧が変化する。

〈判定ユニットの概要〉
判定ユニット（30）は、ケーシング（図示省略）と、圧力センサ（31）（マイクロフォン）と、回路基板（32）とを備える。圧力センサ（31）は、ケーシングに内臓される。圧力センサ（31）には、チューブ型センサ（20）の基端が接続される。圧力センサ（31）は、チューブ型センサ（20）の内圧に応じた信号を出力する。本実施形態では、チューブ型センサ（20）及び圧力センサ（31）が、就寝者の体動に応じた信号を出力する体動検知部を構成している。

〈回路基板〉
回路基板（32）には、マイクロプロセッサと、コンピュータプログラムが記憶されたメモリデバイス（具体的には半導体メモリ）とが搭載される。

図２に示すように、無呼吸判定装置（10）は、回路基板（32）上で処理を行う機能ブロックとして、信号増幅部（41）、フィルタ部（42）、呼吸信号抽出部（43）、心拍信号抽出部（44）、ＣＶＨＲ検出部（45）、及び判定部（46）を有する。

信号増幅部（41）は、圧力センサ（31）で検出された信号を増幅させる。フィルタ部（42）は、信号増幅部（41）で増幅した信号に対して所定の前処理を行う。呼吸信号抽出部（43）は、フィルタ部（42）で前処理した後の信号から呼吸帯域成分を抽出する。つまり、呼吸信号抽出部（43）は、就寝者の呼吸に由来する呼吸信号を得る。心拍信号抽出部（44）は、フィルタ部（42）で前処理した後の信号から心拍帯域成分を抽出する。つまり、心拍信号抽出部（44）は、就寝者の心拍に由来する心拍信号を得る。

ＣＶＨＲ検出部（45）は、心拍信号抽出部（44）で得た心拍信号において、ＣＶＨＲ波形の有無を検出する。ここで、ＣＶＨＲは、「睡眠時におけるも無呼吸又は低呼吸に伴う心拍変動」と定義される。図３に示すように、就寝者が無呼吸発作を引き起こすと、ＣＶＨＲと定義される周期的な心拍変動が発生する。ＣＶＨＲ波形においては、周期的なディップ（減少方向におけるピーク）が観察される。ＣＶＨＲ波形は、無呼吸時に生じる徐波と、呼吸再開時に生じる頻脈とから成り、ディップは頻脈中に存在する。ＣＶＨＲ波形では、隣り合うディップの間に無呼吸の区間が必ず存在することになる。

ＣＶＨＲ検出部（45）は、公知の方法に基づきＣＶＨＲの発生を検出する。つまり、ＣＶＨＲ検出部（45）は、心拍信号抽出部（44）で抽出した心拍信号からディップの存在を特定し、図３に示すような周期的な心拍変動が発生しているか否かを判定する。

判定部（46）は、ＣＶＨＲ検出部（45）で検出したＣＶＨＲ波形と、呼吸運動の有無に基づいて、就寝者が閉塞性無呼吸状態であるか、中枢性無呼吸状態であるかを判定する。具体的には、判定部（46）は、ＣＶＨＲが発生する区間における呼吸信号の振幅に基づいて、閉塞性無呼吸状態であるか、中枢性無呼吸状態であるかを判定する（詳細は後述する）。

記憶部（47）には、時刻と、該時刻に対応する就寝者の生体情報に関するデータが適宜記憶されていく。生体情報に関するデータは、呼吸信号、心拍信号、判定部（46）による無呼吸状態の判定結果を含む。

出力部（48）は、記憶部（47）に記憶されたデータを外部へ出力する。出力部（48）から出力されたデータは、スマートフォン、タブレット、パーソナルコンピュータ等の通信端末（50）に転送される。出力部（48）と通信端末（50）との間の通信は、無線式又は有線式の通信回線により行われる。

〈動作〉
就寝者が閉塞性無呼吸状態であるか、中枢性無呼吸状態であるかを判定する動作について、図４を参照しながら説明する。

就寝者の体動がチューブ型センサ（20）に作用すると、チューブ型センサ（20）の内圧が変化する。圧力センサ（31）は、この内圧変化を信号（圧力信号）として検出する（ステップST1）。次いで、信号増幅部（41）及びフィルタ部（42）により、この信号の前処理が行われる（ステップST2）。次いで、呼吸信号抽出部（43）は、前処理後の信号から呼吸信号を抽出する（ステップST3）。心拍信号抽出部（44）は、前処理後の信号から心拍信号を抽出する（ステップST4）。

次いで、ＣＶＨＲ検出部（45）は、心拍信号の波形からディップの発生を特定し、ＣＶＨＲの発生を検出する（ステップST5）。この処理は、例えば記憶部（47）に時々刻々と記憶された心拍信号に基づいて行われる。ＣＶＨＲ検出部（45）によりＣＶＨＲが検出されない場合、就寝者は「無呼吸状態でない」と判定される（ステップST8）。ＣＶＨＲ検出部（45）によりＣＶＨＲが検出されると、無呼吸の疑いがあると判定され（ステップST6）、ステップST7へ移行する。

ステップST7では、ＣＶＨＲの発生が認められた区間において、その区間における呼吸信号に基づいて、就寝者が閉塞性無呼吸状態であるか、中枢性無呼吸状態であるかの判定が行われる。

具体的には、この判定は、隣り合うディップの間の所定区間（図３に示す第１区間（T1）において行われる。ディップの発生時点（td）を基準として、所定時間ΔTa前を時点taとし、所定時間ΔTb後を時点tbとする。ΔTa及びΔTbは、例えば数十秒に設定される。例えばΔTaとΔTbとは同じ値に設定される。第１区間（T1）は、隣り合う２つのディップのうち前側のディップに対応する時点tbと、後側のディップに対応する時点taとの間の区間である。第１区間（T1）は、ＣＶＨＲのうち上述した徐波に対応する区間である。つまり、第１区間（T1）は、ＣＶＨＲが発生している就寝者が無呼吸状態になる区間といえる。

判定部（46）は、この第１区間（T1）において、呼吸信号の振幅が所定値（第１閾値）より大きいか否かの判定を行う。呼吸信号の振幅が第１閾値より大きい条件（第１条件）が成立する場合、第１区間（T1）において就寝者が呼吸運動（呼吸努力）を行っていると判断できる。つまり、この場合には、呼吸運動が行われているが、舌根部等が下がり気道が閉塞されている可能性が高い。従って、第１条件が成立する場合、ステップST9へ移行し、就寝者が「閉塞性無呼吸状態である」と判定される。

一方、第１条件が成立しない場合、第１区間（T1）において就寝者の呼吸運動自体が消失している可能性が高い。従って、第１条件が成立しない場合、ステップST10へ移行し、就寝者が「中枢性無呼吸状態である」と判定される。

第１条件の判定では、呼吸信号の振幅が第１区間（T1）の全てにおいて第１閾値より大きい場合に、閉塞性無呼吸状態であると判定するのが好ましい。換言すると、呼吸信号の振幅が第１区間（T1）の間で少しでも第１閾値以下になると、中枢性無呼吸状態であると判定するのが好ましい。閉塞性無呼吸状態であれば、第１区間（T1）で常に呼吸運動が行われると推定できるからである。

第１閾値は、ＣＶＨＲが検出される前の就寝者の呼吸信号の振幅（即ち、正常状態の呼吸信号の振幅）に基づいて設定されるのがよい。例えば正常状態の呼吸信号の平均的な振幅をＡ１とすると、第１閾値は、Ａ１に所定倍率α（１＞α）を乗じた値とする。これにより、就寝者の個体差を考慮しつつ、就寝者の無呼吸状態を判定できる。

就寝者の無呼吸状態に関する判定結果は、対応する時刻とともに記憶部（47）に記憶される。記憶部（47）に記憶された判定結果は、出力部（48）を介して所定の通信端末（50）へ転送される。

－実施形態の効果－
上記実施形態では、寝者の心拍数周期性変動（ｃｙｃlｉｃ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ，ＣＶＨＲ）の発生区間における就寝者の呼吸運動の有無とに基づいて、就寝者が閉塞性無呼吸状態であるか、中枢性無呼吸状態であるかを判定する判定部（46）を備える。これにより、ＣＶＨＲにより就寝者が無呼吸状態であるか否かを判定するだけでなく、呼吸運動に基づいて、就寝者が閉塞性無呼吸状態であるか、中枢性無呼吸状態であるかを区別できる。

就寝者の呼吸運動だけに基づいて就寝者の中枢性無呼吸状態を判定することも考えられる。しかし、この場合には、例えば就寝者が離床した状況下において、呼吸運動がないと判定され、中枢性無呼吸状態であると誤判定される可能性がある。これに対し、本実施形態では、就寝者が離床すると、そもそもＣＶＨＲが検出されないため、誤って中枢性無呼吸状態と判定されることを確実に回避できる。

上記実施形態では、判定部（46）は、就寝者の呼吸に伴う呼吸信号の振幅に基づいて呼吸運動の有無を判定する。これにより、呼吸運動の有無を判定する精度を向上できる。

上記実施形態では、判定部（46）は、ＣＶＨＲ波形の隣り合うディップの間の区間（厳密には、第１区間（T1））において呼吸信号の振幅が所定値（第１閾値）よりも大きい第１条件が成立すると、閉塞性無呼吸状態であると判定し、第１条件が成立しないと、中枢性無呼吸状態であると判定する。これにより、特に無呼吸状態と疑われる区間における呼吸運動の有無を判定できるため、就寝者が閉塞性無呼吸状態であるか、中枢性無呼吸状態であるかの判定精度を向上できる。

上記実施形態では、前記就寝者の体動に応じた信号を出力する体動検知部（20A）（チューブ型センサ（20）及び圧力センサ（31））と、体動検知部（20A）の出力信号から、就寝者の呼吸に伴う呼吸信号を抽出する呼吸信号抽出部（43）と、体動検知部（20A）の出力信号から、就寝者の心拍に伴う心拍信号を抽出する心拍信号抽出部（44）とを備え、判定部（46）は、心拍信号から検出した就寝者のＣＶＨＲの発生区間における呼吸信号の振幅に基づいて、就寝者が閉塞性無呼吸状態であるか、中枢性無呼吸状態であるかを判定する。これにより、体動検知部（20A）の出力信号を、ＣＶＨＲの発生区間の検出と、呼吸信号の振幅の検出との双方に兼用できる。この結果、無呼吸判定装置（10）の簡素化を図ることができる。

上記実施形態では、体動検知部（20A）が、就寝者の体動が作用する中空部材（20）と、該中空部材（20）の内圧に応じた信号を就寝者の体動に応じた信号として出力する圧力センサ（31）とを備えている。これにより、比較的簡易なセンサ構造により、就寝者の体動に応じた信号を得ることができる。

上記実施形態では、判定部（46）の判定結果を含むデータを出力する出力部（48）を備えている。これにより、就寝者の無呼吸状態に関する判定結果を、通信端末（50）へ転送できる。例えば、就寝者が中枢性無呼吸状態と判定された場合に、このことを通信端末（50）を介して他の人に知らせることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態及び変形例は、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態では、呼吸信号に基づき就寝者の呼吸運動の有無を判定している。しかしながら、例えば就寝者の呼吸音をマイクロフォン等で検出し、この呼吸音に基づき就寝者の呼吸運動の有無を判定してもよい。この際には、マイクロフォンで検出した信号から、就寝者の呼吸周期に同期する成分を抽出することで、呼吸に伴う音を精度よく検出できる。

上記実施形態の無呼吸判定装置（10）において、体動検知部（20A）と回路基板（32）とを別ユニットとしてもよい。また、回路基板（32）の一部の処理を他の回路基板で実行することもできる。例えば記憶部（47）を通信端末（50）側に設けることもできる。

上記実施形態では、就寝者の体動に応じた信号を出力する体動検知部（20A）として、中空部材であるチューブ型センサ（20）と、圧力センサ（31）とを用いている。体動検知部（20A）は、これに限らず、例えば圧電素子等の他のセンサであってもよい。中空部材は、必ずしも細長いチューブ状でなくてもよく、袋状の部材や、中空のベッドであってもよい。

無呼吸判定装置（10）は、判定部（46）の判定結果を表示する表示部、判定部（46）の判定結果を知らせる報知部ないし警報部を有していてもよい。

以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。以上に述べた「第１」、「第２」、「第３」…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。

以上説明したように、本開示は、無呼吸判定装置について有用である。

１０ 無呼吸判定装置
２０ チューブ型センサ（中空部材）
２０Ａ 体動検知部
３１ 圧力センサ
４３ 呼吸信号抽出部
４４ 心拍信号抽出部
４６ 判定部
４８ 出力部

Claims (3)

1. 就寝者の心拍数周期性変動（ｃｙｃlｉｃ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ，ＣＶＨＲ）の発生区間における就寝者の呼吸運動の有無に基づいて、該就寝者が閉塞性無呼吸状態であるか、中枢性無呼吸状態であるかを判定する判定部（46）と、
   寝具に設置され、前記就寝者の体動に応じた信号を出力する体動検知部（20A）と、
   前記体動検知部（20A）の出力信号から、前記就寝者の呼吸運動に伴う呼吸信号を抽出する呼吸信号抽出部（43）と、
   前記体動検知部（20A）の出力信号から、前記就寝者の心拍に伴う心拍信号を抽出する心拍信号抽出部（44）とを備え、
   前記判定部（46）は、
   前記心拍信号に基づいて前記ＣＶＨＲが検出されない場合、就寝者が無呼吸状態でないと判定し、
   前記心拍信号に基づいて前記ＣＶＨＲが検出される場合、前記ＣＶＨＲ波形の隣り合うディップの間の区間において前記呼吸信号の振幅が所定値よりも大きい条件が成立すると、前記閉塞性無呼吸状態であると判定し、該条件が成立しないと、前記中枢性無呼吸状態であると判定することを特徴とする無呼吸判定装置。
2. 請求項１において、
   前記体動検知部（20A）は、
   前記就寝者の体動が作用する中空部材（20）と、
   前記中空部材（20）の内圧に応じた信号を、前記就寝者の体動に応じた信号として出力する圧力センサ（31）とを備えていることを特徴とする無呼吸判定装置。
3. 請求項１または２において、
   前記判定部（46）の判定結果を含むデータを出力する出力部（48）を備えていることを特徴とする無呼吸判定装置。

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