WO2012165427A1

WO2012165427A1 - 呼吸検出装置

Info

Publication number: WO2012165427A1
Application number: PCT/JP2012/063759
Authority: WO
Inventors: 佐野　嘉彦; 証英原田
Original assignee: ニプロ株式会社; 原田電子工業株式会社
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2012-12-06
Also published as: JPWO2012165427A1

Abstract

【課題】安価で装着感が良く高感度な呼吸検出装置を提供することにある。【解決手段】両端部の間に位置する凹部を被験者の腹部Ａに向けて、その両端部が腹部に支持されるように被験者の腹部に装着される基準板３と、前記基準板の前記凹部内に前記両端部に対し移動可能に配置されて前記腹部に当接し、その腹部から圧力Ｐを受ける受圧板４と、前記基準板と前記受圧板との間に介挿されて、前記腹部から前記受圧板に加わる圧力を検出する圧力センサ５と、を具えることを特徴とする呼吸検出装置である。

Description

呼吸検出装置

　この発明は、人の呼吸を検出する呼吸検出装置に関し、特には安価で装着感が良く高感度な呼吸検出装置に関するものである。

　呼吸の検出は、主に睡眠時無呼吸症候群の検査に用いられ、従来の呼吸検出装置としては例えば、鼻腔下部に取り付けるサーミスタあるいは鼻腔下部の熱画像処理により鼻腔下部の温度変化を検出するもの（特許文献１参照）や、胸部に検出ベルトを巻いて呼吸に伴う肺の体積変化をインピーダンス変化として検出するもの、さらには超音波を呼吸気に通して計測した炭酸ガス濃度の変化から呼吸を検出するもの（特許文献２参照）が知られている。

特開平０９－２５３０７１号公報特開２００５－１５２２８７号公報

　しかしながら上述の如き従来の呼吸検出装置は、サーミスタ方式のものでは、安価で確実であるが装着感が悪いという問題がある。また、熱画像処理方式のものでは、装着の必要はないが装置が高価で、寝姿勢によっては検出が難しいという問題があり、装置を被検者から離して置くため他の検出データとリンクさせるのが面倒という問題もある。

　さらに、インピーダンス方式のものでは、装置が大掛かりであり、装着感が悪いという問題もある。そして、超音波方式のものでは、熱画像処理方式よりは安いものの装置が高価であり、熱画像処理方式と同様に装置を被検者から離して置くため他の検出データとリンクさせるのが面倒という問題もある。

　この発明は、上記従来の呼吸検出装置の課題を有利に解決する安価で装着感が良く高感度な呼吸検出装置に関するものであり、この発明の呼吸検出装置は、両端部の間に位置する凹部を被験者の腹部に向けて、その両端部が腹部に支持されるように被験者の腹部に装着される基準板と、前記基準板の前記凹部内に前記両端部に対し移動可能に配置されて前記腹部に当接し、その腹部から圧力を受ける受圧板と、前記基準板と前記受圧板との間に介挿されて、前記腹部から前記受圧板に加わる圧力を検出して信号として出力する圧力センサと、を具えることを特徴とするものである。

　かかる呼吸検出装置にあっては、両端部の間に凹部を有する基準板を、その凹部を被験者の腹部に向けて、その両端部が腹部に支持されるように被験者の腹部に装着すると、その基準板の凹部内に両端部に対し移動可能に配置された受圧板が、腹部に当接して腹部から圧力を受け、これら基準板と受圧板との間に介挿された圧力センサが、腹部から受圧板に加わる圧力を検出して信号として出力する。

　それゆえ、被験者の吸気の際に横隔膜が緊張して腹圧が上昇し、これにより腹部から受圧板に加わる圧力も上昇すると、圧力センサがその腹圧の上昇ひいては被験者の吸気を示す信号を出力し、その一方、被験者の呼気の際に横隔膜が弛緩して腹圧が低下し、これにより腹部から受圧板に加わる圧力も低下すると、圧力センサがその腹圧の低下ひいては被験者の呼気を示す信号を出力する。ここにおける圧力センサとしては、例えば圧力により抵抗値が変化する歪ゲージ式センサ、圧力により静電容量が変化する静電容量式センサ、圧力により発電するピエゾ素子式センサ等、種々のものを用いることができる。

　従って、この発明の呼吸検出装置によれば、主として基準板と受圧板と圧力センサとを具えてなる簡易かつ安価な構成で被験者の呼吸を検出することができ、また、基準板の両端部が腹部に支持されているため基準板の装着力の変化にかかわらず受圧板は基準板の両端部間の腹部から安定して圧力を受けるので、呼吸を正確に検出することができ、しかも受圧板の面積を大きくすることで、腹部から受圧板に加わる圧力を大きくして呼吸の検出感度を容易に高めることができ、そして基準板を腹部に装着するだけなので、被験者の装着感を良好ならしめることができる。

　なお、この発明の呼吸検出装置においては、裏面に有する粘着剤によって前記基準板を被験者の腹部に装着する装着フィルムをさらに具えていても良い。このようにすれば、基準板を被験者の腹部に容易にかつ確実に装着することができる。

　また、この発明の呼吸検出装置においては、前記圧力センサの出力信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力信号から呼吸を示す周波数成分を抽出するフィルタと、前記フィルタの出力信号を所定の閾値と比較してその出力信号が前記閾値以上の場合に呼吸信号を出力するコンパレータと、を有する呼吸検出回路をさらに具えていても良い。このようにすれば、コンパクトかつ安価な構成で、呼吸を明確に示す呼吸信号を出力することができる。

　さらに、この発明の呼吸検出装置においては、被験者の腹部の体位変化を計測する３軸加速度センサと、データロガーと、電源供給用のバッテリと、をさらに具え、前記データロガーは、実時間を示すリアルタイムクロックと、データを読出し可能に記憶するメモリと、前記コンパレータからの呼吸信号と、前記３軸加速度センサからの体位変化信号とを、前記リアルタイムクロックからの実時間信号と対応させて前記メモリに継続的に記憶させる中央処理ユニットと、を有していても良い。このようにすれば、例えば被験者の睡眠中に呼吸検出回路およびデータロガーをバッテリからの電源供給で作動させて、睡眠中の時間経過に沿って被験者の呼吸の有無と腹部の体位変化の有無とを自動的に記録することができるので、被験者の起床後にデータロガーのメモリから読み出した呼吸データと体位変化データと実時間データとを互いに対応させて解析することで、睡眠時無呼吸症候群の検査を容易に行うことができる。

この発明の呼吸検出装置の一実施例としての呼吸センサのパッド部を示す断面図である。上記実施例の呼吸センサの呼吸検出回路を示す構成図である。この発明の呼吸検出装置の他の一実施例を示す断面図である。上記実施例の呼吸検出装置の構成を示すブロック線図である。

　以下、本発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに図１は、この発明の呼吸検出装置の一実施例としての呼吸センサのパッド部を示す断面図、また図２は、上記実施例の呼吸センサの呼吸検出回路を示す構成図であり、図中符号Ａは被験者の腹部、１は上記パッド部、２は上記呼吸検出回路を示している。

　この実施例の呼吸センサのパッド部１は、図１にその断面を示すように、両端部としての周縁部３ａの間に位置する凹部３ｂを被験者の腹部Ａに向けて、その周縁部３ａが腹部Ａに支持されるように被験者の腹部Ａに装着される例えば裏返しの皿状の円形の基準板３と、その基準板３の凹部３ｂ内に周縁部３ａに対し移動可能な隙間を空けて配置されて腹部Ａに当接し、その腹部Ａから圧力を受ける円板状の受圧板４と、基準板３と受圧板４との間に介挿されて、腹部Ａから受圧板４に加わる圧力を検出して信号として出力する圧力センサ５と、裏面の周辺部に環状に有する粘着剤６ａによって基準板３を被験者の腹部Ａに装着する円形の装着フィルム６とを具えている。

　ここで、基準板３は例えば、直径３～６ｃｍ程度の大きさとする。これにより腹部Ａへの装着感を良好にすることができる。また、圧力センサ５は例えば、周囲を基準板３と受圧板４との一方に結合されると共に中央を基準板３と受圧板４との他方に結合された図示しない弾性板と、その弾性板の表面にその中央を中心とした正方形の各辺をなすように貼り付けられて互いにブリッジ接続された、図２に示す４枚の歪ゲージ５ａとで構成する。これにより、受圧板４に腹部Ａから加わる圧力を高精度に計測することができる。

　また、この実施例の呼吸センサの呼吸検出回路２は図２に示すように、図１では図示しない４本の配線を介して、上記圧力センサ５の４枚の歪ゲージ５ａと接続されており、その４本の配線により、互いにブリッジ接続された４枚の歪ゲージ５ａの４つの接続点のうちの１組の対抗する２つの接続点の一方は呼吸検出回路２のグラウンドに、他方は抵抗７を介して呼吸検出回路２の例えば電池からなる図示しない電源にそれぞれ接続され、他の１組の対抗する２つの接続点の一方は呼吸検出回路２の通常のアンプ８の＋入力端子に、他方はそのアンプ８の－入力端子にそれぞれ接続されている。

　アンプ８の出力端子は通常のハイパスフィルタ９およびローパスフィルタ１０を介して通常のコンパレータ１１の＋入力端子に接続され、そのコンパレータ１１の－入力端子には、上記電源に接続された可変抵抗１２から閾値としての、変更可能な基準電圧が供給され、コンパレータ１１の出力端子とグラウンド端子とが、呼吸検出回路２の出力端子１３とされている。

　なお、呼吸検出回路２は、パッド部１と別体の図示しないケースに収容して、パッド部１内の圧力センサ５と上記配線で接続しても良いが、後述する他の実施例と同様に、内部を空洞にした受圧板４内に収容し、あるいは基準板３と受圧板４との間等に収容することでパッド部１に搭載して、出力端子１３を外部に露出させることとしても良い。

　この実施例の呼吸センサにあっては、周縁部３ａの間に凹部３ｂを有する基準板３を、その凹部３ｂを被験者の腹部Ａに向けて、その周縁部３ａが腹部Ａに支持されるように腹部Ａに乗せ、その基準板３の上から装着フィルム６を被せて、装着フィルム６の裏面の周辺部に環状に有する粘着剤６ａによって基準板３を被験者の腹部Ａに装着固定すると、その基準板３の凹部３ｂ内に周縁部３ａに対し移動可能に配置された受圧板４が、腹部Ａに当接して腹部Ａから腹圧による圧力Ｐを受け、これら基準板３と受圧板４との間に介挿された圧力センサ５が、腹部Ａから受圧板４に加わる圧力Ｐを検出して電気信号として出力する。

　すなわち具体的には圧力センサ５の、周囲を基準板３と受圧板４との一方に結合されると共に中央を基準板３と受圧板４との他方に結合された弾性板が、腹部Ａから受圧板４に加わる圧力Ｐによって弾性変形し、その弾性板の弾性変形に伴って４枚の歪ゲージ５ａもそれぞれ弾性変形して抵抗値が変化するので、腹部Ａから受圧板４に加わる圧力Ｐに応じて、電源から給電されたその４枚の歪ゲージ５ａのブリッジ接続の出力電圧が変化することになる。

　それゆえ、被験者の吸気の際に横隔膜が緊張して腹圧が上昇し、これにより腹部Ａから受圧板４に加わる圧力Ｐも上昇すると、圧力センサ５がその腹圧の上昇ひいては被験者の吸気を示す信号を出力し、その一方、被験者の呼気の際に横隔膜が弛緩して腹圧が低下し、これにより腹部Ａから受圧板４に加わる圧力Ｐも低下すると、圧力センサ５がその腹圧の低下ひいては被験者の呼気を示す信号を出力する。

　従って、この実施例の呼吸センサによれば、主として基準板３と受圧板４と圧力センサ５とを具えてなる簡易かつ安価な構成で被験者の呼吸を検出することができ、また、基準板３の周縁部３ａが腹部Ａに支持されているため基準板３の装着力の変化にかかわらず受圧板４は基準板３の周縁部３ａ間の腹部Ａから安定して圧力Ｐを受けるので、呼吸を正確に検出することができ、しかも受圧板４の面積を大きくすることで、腹部Ａから受圧板４に加わる圧力Ｐを大きくして呼吸の検出感度を容易に高めることができ、そして基準板３を腹部に装着するだけなので、被験者の装着感を良好ならしめることができる。

　しかも、この実施例の呼吸センサによれば、裏面に有する粘着剤６ａによって基準板３を被験者の腹部Ａに装着する装着フィルム６をさらに具えているので、基準板３を被験者の腹部Ａに容易にかつ確実に装着することができる。

　そして、この実施例の呼吸センサによれば、呼吸検出回路２が、圧力センサ５の出力信号を増幅回路としてのアンプ８で増幅した後、そのアンプ８の出力信号から、先ずハイパスフィルタ９により、被験者の姿勢変化等に起因する例えば０．０７Ｈｚ以下の低周波のグランドノイズを除去し、次いでローパスフィルタ１０により、周囲の騒音や発声等に起因する例えば０．６Ｈｚを超えるノイズを除去して呼吸を示す周波数成分を抽出し、その後、ローパスフィルタ１０の出力信号をコンパレータ１１で、可変抵抗１２を用いて予め呼吸の実験により適宜設定した閾値と比較して、ローパスフィルタ１０の出力信号がその閾値以上の場合に、コンパレータ１１から出力端子１３に、被験者が呼吸したことを示す呼吸信号を出力するので、コンパクトかつ安価な構成で、呼吸を明確に示す呼吸信号を出力することができる。

　図３は、この発明の呼吸検出装置の他の一実施例を示す断面図、また図４は、その実施例の呼吸検出装置の構成を示すブロック線図であり、この実施例の呼吸検出装置は、先の実施例の呼吸センサに、データを自動的に記録するデータロガーを組み合わせたものであるので、図中、図１，２に示す先の実施例と同様に部分はそれと同一の符号にて示す。

　すなわち、この実施例の呼吸検出装置は、図３に示すようにパッド部１を具えており、そのパッド部１は先の実施例と同様に、両端部としての周縁部３ａの間に位置する凹部３ｂを被験者の腹部に向けて、その周縁部３ａが腹部に支持されるように被験者の腹部に装着される例えば裏返しの皿状の円形の基準板３と、その基準板３の凹部３ｂ内に周縁部３ａに対し移動可能な隙間を空けて配置されて腹部に当接し、その腹部から圧力を受ける円板状の受圧板４と、基準板３と受圧板４との間に介挿されて、腹部から受圧板４に加わる圧力を検出して信号として出力する圧力センサ５と、裏面の周辺部に環状に有する粘着剤によって基準板３を被験者の腹部に装着する図示しない円形の装着フィルムとを具えるとともに、さらに、基準板３の周縁部３ａと受圧板４の周縁部との間に張り渡されて圧力センサ５を汗等からシールする環状の例えばゴム製の弾性シール膜１４を具えている。

　また、この実施例の呼吸検出装置は、図３に示すように、パッド部１の受圧板４の内部が空洞にされていて、その受圧板４の開閉可能な蓋が設けられた空洞内に、先の実施例と同様の呼吸検出回路２を収容するとともに、図４に示すように、被験者の腹部の体位変化を計測する例えばピエゾ抵抗式の通常の３軸加速度センサ１５と、データロガー１６と、それら呼吸検出回路２と３軸加速度センサ１５とデータロガー１６とへの電源供給用のバッテリとしての例えば通常のボタン電池１７とを収容して具えている。

　ここにおけるデータロガー１６は、実時間を示す通常の計時回路であるリアルタイムクロック１８と、データを読出し可能に記憶する例えばＲＡＭ等の通常のメモリ１９と、呼吸検出回路２のコンパレータ１１からの呼吸信号と、３軸加速度センサ１５からの体位変化信号とを、リアルタイムクロック１８からの実時間信号と対応させてメモリ１９に継続的に記憶させる通常の中央処理ユニット（ＣＰＵ）２０とを有している。

　この実施例の呼吸検出装置によれば、先の実施例と同様の作用効果を奏し得るのに加えて、例えば被験者の睡眠中に呼吸検出回路２およびデータロガー１６をボタン電池１７からの電源供給で例えば１０時間程度連続的に作動させて、睡眠中の時間経過に沿って被験者の呼吸の有無と腹部の体位変化の有無とを自動的に記録することができるので、被験者の起床後にデータロガーのメモリから読み出した呼吸データと体位変化データと実時間データとを互いに対応させて解析することで、睡眠時無呼吸症候群の検査を容易に行うことができる。

　以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、基準板３の形状は裏返しの円形の皿状に限られず裏返しの角皿状でも良く、四角形の四辺のうち対向する２辺に相当する両端部だけ厚み方向に突出してそれらの間に凹部を形成していても良く、さらには三角形を含む多角形の各隅部分あるいは各辺の中央部分だけ厚み方向に突出してそれらの間に凹部を形成していても良い。そして受圧板４の形状も円板状に限られず、基準板３の凹部の形状に対応する多角形でも良い。

　さらに、基準板３を腹部Ａに装着するものは，粘着剤６ａを有する装着パッド６に限られず、医療用の粘着テープ等でも良く、また圧力センサ５は、歪ゲージ５ａを用いたものに限られず、静電容量式やピエゾ素子式等のものでも良い。

　そして、上記実施例の呼吸センサの出力信号は、３軸加速度センサの出力信号に代えてまたは加えて、電子式体温計からの出力信号や、パルスオキシメーターの如き血中酸素飽和度センサからの出力信号等と一緒にデータロガーに記録しても良い。

　かくしてこの発明の呼吸検出装置によれば、主として基準板と受圧板と圧力センサとを具えてなる簡易かつ安価な構成で被験者の呼吸を検出することができ、また、基準板の両端部が腹部に支持されているため基準板の装着力の変化にかかわらず受圧板は基準板の両端部間の腹部から安定して圧力を受けるので、呼吸を正確に検出することができ、しかも受圧板の面積を大きくすることで、腹部から受圧板に加わる圧力を大きくして呼吸の検出感度を容易に高めることができ、そして基準板を腹部に装着するだけなので、被験者の装着感を良好ならしめることができる。

　１　パッド部
　２　呼吸検出回路
　３　基準板
　３ａ　周縁部
　３ｂ　凹部
　４　受圧板
　５　圧力センサ
　５ａ　歪ゲージ
　６　装着フィルム６
　６ａ　粘着剤
　７　抵抗
　８　アンプ
　９　ハイパスフィルタ
　１０　ローパスフィルタ
　１１　コンパレータ
　１２　可変抵抗
　１３　出力端子
　１４　弾性シール膜
　１５　３軸加速度センサ
　１６　データロガー
　１７　ボタン電池
　１８　リアルタイムクロック
　１９　メモリ
　２０　中央処理ユニット（ＣＰＵ）
　Ａ　腹部
　Ｐ　圧力

Claims

　両端部の間に位置する凹部を被験者の腹部に向けて、その両端部が腹部に支持されるように被験者の腹部に装着される基準板と、
　前記基準板の前記凹部内に前記両端部に対し移動可能に配置されて前記腹部に当接し、その腹部から圧力を受ける受圧板と、
　前記基準板と前記受圧板との間に介挿されて、前記腹部から前記受圧板に加わる圧力を検出して信号として出力する圧力センサと、
を具えることを特徴とする呼吸検出装置。
　裏面に有する粘着剤によって前記基準板を被験者の腹部に装着する装着フィルムをさらに具えることを特徴とする、請求項１記載の呼吸検出装置。
　前記圧力センサの出力信号を増幅する増幅回路と、
　前記増幅回路の出力信号から呼吸を示す周波数成分を抽出するフィルタと、
　前記フィルタの出力信号を所定の閾値と比較してその出力信号が前記閾値以上の場合に呼吸信号を出力するコンパレータと、
を有する呼吸検出回路をさらに具えることを特徴とする、請求項１または２記載の呼吸検出装置。
　被験者の腹部の体位変化を計測する３軸加速度センサと、
　データロガーと、
　電源供給用のバッテリと、
をさらに具え、
　前記データロガーは、
　実時間を示すリアルタイムクロックと、
　データを読出し可能に記憶するメモリと、
　前記コンパレータからの呼吸信号と、前記３軸加速度センサからの体位変化信号とを、前記リアルタイムクロックからの実時間信号と対応させて前記メモリに継続的に記憶させる中央処理ユニットと、
を有することを特徴とする、請求項３記載の呼吸検出装置。