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睡眠呼吸暫停判定裝置的制作方法

文檔序號:911067閱讀:221來源:國知局
專利名稱:睡眠呼吸暫停判定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及ー種睡眠呼吸暫停判定裝置,以非接觸的方式監(jiān)視睡眠中的被檢者的呼吸狀態(tài),對睡眠中發(fā)生的呼吸暫停狀態(tài)、即所謂的呼吸暫停綜合癥進(jìn)行判定。
背景技術(shù)
近年來,睡眠中的呼吸暫時停止,即所謂的睡眠呼吸暫停綜合癥被作為與高血壓和睡眠障礙相關(guān)聯(lián)的疾病而受到關(guān)注。睡眠呼吸暫停綜合癥不僅使生活習(xí)慣病進(jìn)ー步惡化,而且由于在夜間無法得到充足的睡眠,還會在進(jìn)行正?;顒拥陌滋煲鹄Ь牒妥⒁饬Σ患?。由于這種狀態(tài)會增加被檢者遭遇事故的機(jī)率,因此需要提早診斷和早期治療。 通常,睡眠呼吸暫停綜合癥的診斷被認(rèn)為非常麻煩。原因在于例如,需要住院,并通過使用呼吸監(jiān)視器等監(jiān)視裝置對數(shù)日的睡眠狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。而且,還需要請醫(yī)師等專家對該監(jiān)視結(jié)果進(jìn)行精確檢查。而且,在身上裝有監(jiān)視裝置的睡眠以及住院后的睡眠對于被檢者來說都與通常的睡眠不同,因此,對在這種非正常的睡眠狀態(tài)下測量到的監(jiān)視結(jié)果進(jìn)行的解析也需要大量的專業(yè)知識。因此不得不說,上述的住院診斷無論對被檢者一方還是對于病院一方都帶來了相當(dāng)大的負(fù)擔(dān)。因此,對被檢者的診斷最好在被檢者自己家中等可以放松的場所進(jìn)行,而且,對呼吸暫停的檢測也最好盡量以與被檢者非接觸的方式進(jìn)行。由此可見,需要一種技術(shù),能夠不在被檢者身上裝設(shè)監(jiān)視裝置也無需住院便可以簡便且正確地測定睡眠中的呼吸狀態(tài)。針對上述需求,人們提出了很多方案,例如,提出了在床上設(shè)置墊子形的體動傳感器,通過體動來檢測出睡眠中的呼吸動作的技術(shù)(例如,參照專利文獻(xiàn)I)。在專利文獻(xiàn)I中所示的現(xiàn)有技木,由于可以在被檢者自己的家中進(jìn)行測定,因此具有無需住院的優(yōu)點,但寢具本身需要使用特定物品。因此,測定裝置非常費事,而且還要使用體動傳感器,因此對睡眠中的被檢者的體動和呼吸動作的識別變得比較困難,因此存在無法正確測定睡眠時呼吸暫停的問題。另外,已知另ー種不基于體動進(jìn)行檢測而主要利用呼吸音進(jìn)行檢測的技木。例如,該技術(shù)使用體溫傳感器的同時在床邊等處設(shè)置擴(kuò)音器,基于睡眠中的被檢者的體溫和呼吸音對睡眠中的呼吸動作進(jìn)行監(jiān)視(例如,參照專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)2所示的現(xiàn)有技術(shù)是比較小型的裝置結(jié)構(gòu),沒有必要將寢具等換成專門的物品。但是,由于主要基于呼吸音來辨別呼吸暫停狀態(tài),因此有可能將與呼吸音相同頻帶的聲音也識別成呼吸音,從而存在測定精度不高的問題。而且,當(dāng)存在生活雜音等其他音源時,或者在房間中有與被檢者不同的其他人睡覺等情況下都無法使用。
另外,專利文獻(xiàn)2所示的現(xiàn)有技術(shù)是對體溫進(jìn)行測量,但是很難以非接觸方式正確檢測出體溫,所以必須將溫度傳感器等安裝在身體上。因此,被檢者很難處于放松的通常的睡眠狀態(tài)。
另外,還已知ー種不基于呼吸音而是利用微波以非接觸方式測定睡眠中的被檢者的狀態(tài)的技木。由于微波具有穿透寢具和服裝的特性,因此利用該特性對被檢者的脈博或呼吸等進(jìn)行檢測(例如,參照專利文獻(xiàn)3)。專利文獻(xiàn)3所示的現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點在于體型較小,即使有生活雜音等也能夠得知睡眠中的被檢者的狀態(tài)。專利文獻(xiàn)3中所公開的技術(shù)為以下結(jié)構(gòu)。具有微波微動傳感器,由微波脈沖發(fā)射器和發(fā)射天線構(gòu)成的發(fā)射裝置、以及由微波接收器和接收天線構(gòu)成的接收裝置所構(gòu)成。通過由收發(fā)天線的指向性選擇的檢測面與通過開門時間選擇的檢測距離構(gòu)成檢測空間,據(jù)此,不會受到外部干擾的影響而僅僅檢出被檢者的微動反射信號,通過數(shù)據(jù)收發(fā)部進(jìn)行輸出。據(jù)目前所知,人類進(jìn)行呼吸吋,由于空氣進(jìn)入肺部從而使胸部擴(kuò)張。此時相鄰的腹部也同時運動。在睡眠時也是如此。相應(yīng)地,如果在活動時有意識地屏住呼吸,則胸部和腹部均不運動。但是,如果在睡眠時呼吸暫停,則該運動會發(fā)生變化。也就是說,由于在呼吸暫停時空氣不會流入肺部,所以胸部的運動停止,而腹部的運動不停止。這是由于人體的上呼吸道狹窄而引起的現(xiàn)象。一旦上呼吸道變得狹窄,即使想呼吸空氣也不會進(jìn)入肺部。因此,不會引起胸部的擴(kuò)張(胸部停止運動),而只有腹部運動。睡眠呼吸暫停綜合癥的大部分(可以說八成以上)是阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥。這是由于上呼吸道變窄使空氣無法被輸送到肺部而引起的。上呼吸道狹窄的原因是由于睡眠時使得上呼吸道的肌肉緊張放松,原本狹窄的上呼吸道變得更窄,由于肥胖等使得上呼吸道變窄是主要原因。可以說在睡眠時發(fā)生的呼吸暫停狀態(tài)的大部分都是胸部停止運動而只有腹部運動。根據(jù)發(fā)明者的研究發(fā)現(xiàn),胸部及腹部同時運動的呼吸時的動作,其波形是接近正弦波的波形,胸部停止運動而只有腹部運動的呼吸暫停時的動作的波形是包含諧波的孤立波。其原因是,胸部與腹部均動作吋,由于空氣進(jìn)入肺部而使胸部和腹部緩慢動作,因此動作的波形接近正弦波,當(dāng)只有腹部動作吋,由于空氣不進(jìn)入肺部而只有肌肉收縮的運動,因此,動作的波形為包含諧波的孤立波。專利文獻(xiàn)3所示的現(xiàn)有技術(shù)是通過由天線的指向性得到的天線檢測角、與發(fā)動發(fā)射天線從而控制發(fā)射脈沖的開門時間而得到的檢測距離形成檢測空間,將其設(shè)定在被檢者的上半身。而且,對被檢者的上半身全體的微動進(jìn)行收集從而實現(xiàn)檢測,其中,通過檢出呼吸波形來發(fā)現(xiàn)被檢者的呼吸的有無。然而,由于作為睡眠時發(fā)生的呼吸暫停狀態(tài)的典型動作的“只有胸部停止運動而腹部動作”的狀態(tài)沒有被主動檢出,因此,當(dāng)通過就寢中的被檢者的姿勢和動作沒有檢出呼吸時就判斷成呼吸暫停。另外,當(dāng)微波的檢測空間沒有正常形成時也會被判斷成呼吸暫停。也就是說,即使有的時候可能不是出于被檢者的原因,而是出于裝置方面的狀況的原因而無法檢出呼吸,也全部判定為睡眠呼吸暫停。如上所述,睡眠呼吸暫停綜合癥中的大部分為阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥,其余部分為中樞性睡眠呼吸暫停綜合癥。中樞性睡眠呼吸暫停綜合癥被認(rèn)為是由于發(fā)出呼吸指令的腦部出現(xiàn)障礙而造成的。胸部和腹部的呼吸運動全部都消失,因此變成沒有呼吸動作??梢哉f對于被檢者的身體而言處于危險的狀態(tài)下。如此ー來,在睡眠呼吸暫停綜合癥中也存在如中樞性睡眠呼吸暫停綜合癥這樣的癥狀被發(fā)現(xiàn)之后需要進(jìn)行緊急應(yīng)對的情況。由于中樞性睡眠呼吸暫停綜合癥的呼吸動作本身消失,即使具有專利文獻(xiàn)I所示的現(xiàn)有技術(shù)中所述的體動傳感器可能也無法實現(xiàn)檢出。然而,由于專利文獻(xiàn)2和3所示的現(xiàn)有技術(shù)僅判定呼吸的有無,因此無法區(qū)分是阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥還是中樞性睡眠呼吸暫停綜合癥。發(fā)明者認(rèn)為,如果能夠正確區(qū)分上述胸部和腹部同時運動時接近正弦波的波形、和胸部停止運動而只有腹部運動的包含諧波的孤立波的波形,則也能夠區(qū)分胸部和腹部均不運動的情形,因此,如果能夠?qū)崿F(xiàn)這種區(qū)分的話,則既能夠檢出阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥也能夠檢出中樞性睡眠呼吸暫停綜合癥,從而能夠正確檢出睡眠呼吸暫停綜合癥。然而,在現(xiàn)有已知的技術(shù)中,即使能夠?qū)崿F(xiàn)不住院便能簡便地檢測出睡眠時的呼吸狀態(tài),但仍然無法正確地測定睡眠中的呼吸狀態(tài)。況且,能夠同時兼顧簡便和正確這兩個方面的技術(shù)還沒有被提出。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本專利第2817472號公報(第3頁、圖I)專利文獻(xiàn)2 :特開2007-061203號公報(第5頁、圖I)專利文獻(xiàn)3 :特開2002-58659號公報(第3頁、圖I)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題而提供ー種睡眠呼吸暫停判定裝置,能夠分辨出僅憑單一的體動檢測和呼吸檢測很難檢出的只有胸部停止運動而腹部動作的呼吸暫停狀態(tài),從而能夠簡便且正確地檢出睡眠中的呼吸及呼吸暫停狀態(tài)。為了解決上述問題,本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置采用如下結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置對睡眠中的被檢者的胸部及腹部發(fā)出微波,基于從被檢者反射的反射波對被檢者的睡眠中的呼吸暫停狀態(tài)進(jìn)行判定,其特征在于包括呼吸暫停判別裝置,該呼吸暫停判別裝置對從反射波得到的微波多普勒頻移信號進(jìn)行傅里葉變換,將基波與奇數(shù)諧波的頻率成分進(jìn)行比較,基于該比較結(jié)果對被檢者的正常呼吸狀態(tài)和呼吸異常狀態(tài)進(jìn)行判別,從而判定被檢者的呼吸暫停狀態(tài)。通過這種結(jié)構(gòu),能夠由從被檢者反射的反射波中所包含的基波與奇數(shù)諧波的頻率 成分正確地檢出被檢者的呼吸暫停狀態(tài),從而準(zhǔn)確地判定睡眠呼吸暫停。
另外,呼吸暫停判別裝置也可以通過呼吸異常狀態(tài)的累積時間超過預(yù)定時間來判定被檢者為呼吸暫停狀態(tài)。通過這種結(jié)構(gòu),由于呼吸暫停狀態(tài)的判定是以呼吸異常狀態(tài)的累積時間為基準(zhǔn)的,因此使得睡眠時的呼吸暫停判定的判定基準(zhǔn)得到明確。另外還具有微波多普勒傳感器,其包括發(fā)出微波的微波發(fā)送器、接收反射波M的微波接收器、從反射波M輸出微波多普勒頻移信號Ma的微波解調(diào)器,呼吸暫停判別裝置可以包括信號處理裝置,輸入微波多普勒頻移信號并輸出微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù);胸腹部狀態(tài)檢出裝置,輸入微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并進(jìn)行傅里葉變換,從該傅里葉變換結(jié)果中包含的基波和奇數(shù)諧波中輸出包含被檢者的胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)和腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)的胸腹部狀態(tài)數(shù)據(jù);呼吸類型判定部,輸入胸腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)并輸出所述被檢者的呼吸類型數(shù)據(jù);通知裝置,輸入呼吸類型數(shù)據(jù)并輸出呼吸暫停警報信號。通過該結(jié)構(gòu),基于微波多普勒傳感器檢出胸腹部狀態(tài)數(shù)據(jù),根據(jù)胸腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)輸出表示被檢者呼吸狀態(tài)的呼吸類型數(shù)據(jù),如果發(fā)生呼吸暫停,則輸出呼吸暫停警報信號,由于向外部進(jìn)行通知,因此提高了睡眠呼吸暫停判定的安全性。另外,胸腹部狀態(tài)檢出裝置可以包括FFT部,輸入微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換,并輸出傅里葉變換結(jié)果;基波檢出裝置,輸入傅里葉變換結(jié)果,從低頻側(cè)依次檢查頻率成分從而檢出基波,算出該基波的頻譜振幅作為被檢者的胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出;奇數(shù)諧波檢出裝置,輸入傅里葉變換結(jié)果,從基波的頻譜振幅的奇數(shù)倍頻率檢出奇數(shù)諧波,算出該奇數(shù)諧波的頻譜振幅作為被檢者的腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。通過該結(jié)構(gòu),胸腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)由胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)和腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)所構(gòu)成,能夠在呼吸暫停狀態(tài)下檢出典型的胸腹部狀態(tài),從而準(zhǔn)確地判定睡眠呼吸暫停。另外,呼吸類型判定部可以將胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)與腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,將被檢者的胸部和腹部同時運動的狀態(tài)判別為正常呼吸狀態(tài),將只有胸部停止運動而腹部動作的狀態(tài)判別為呼吸異常狀態(tài),根據(jù)對呼吸異常狀態(tài)的時間進(jìn)行累積的累積時間判定被檢者的呼吸暫停狀態(tài)。通過該結(jié)構(gòu),可以基于胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)與腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)從各種呼吸類型中準(zhǔn)確地提取出呼吸異常狀態(tài)的類型,并且通過監(jiān)視呼吸異常狀態(tài)的持續(xù)時間,可以準(zhǔn)確地判定睡眠呼吸暫停。另外,通知裝置可以包括存儲部,在存儲所述呼吸類型數(shù)據(jù)的同時輸出呼吸類型存儲數(shù)據(jù);通知判斷部,輸入呼吸類型存儲數(shù)據(jù)并輸出通知指示信號;通信部,輸入通知指示信號并輸出呼吸暫停警報信號;顯示部,顯示呼吸類型數(shù)據(jù)。通過該結(jié)構(gòu),可以根據(jù)存儲的以往的呼吸類型存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行更加正確地通知判斷,因此能夠構(gòu)成具有足夠可靠性的睡眠呼吸暫停判定裝置。發(fā)明效果通過本發(fā)明,由于能夠從胸部和腹部的狀態(tài)判定出呼吸是否正常,從而能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的睡眠呼吸暫停的判定。



圖I為表示本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置的第一實施方式的結(jié)構(gòu)的模塊圖2為表示本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置的第一實施方式的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的功能模塊圖;圖3為說明本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置的第一實施方式的動作的波形圖;圖4為說明本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置的第一實施方式的動作的波形圖;圖5為說明本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置的第一實施方式的動作的圖表;圖6為表示本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置的第一實施方式的動作的流程圖;圖7為表示本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置的第一實施方式的外觀圖;圖8為表示本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置的第一使用狀態(tài)的側(cè)面圖; 圖9為說明本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置的原理的模塊圖;圖10為說明本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置的原理的波形圖;圖11為說明本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置的原理的波形圖;圖12為表示本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置的第二實施方式的結(jié)構(gòu)的功能模塊圖。符號說明I、100......睡眠呼吸暫停判定裝置2......呼吸暫停判別裝置3......微波多普勒傳感器31......微波發(fā)送器32......微波接收器33......微波解調(diào)器4......信號處理裝置41......帶寬限制部42......AD 變換部5......胸腹部狀態(tài)檢出裝置50......異常測定檢出部51......FFT 部52......基波檢出部53......奇數(shù)諧波檢出部6......呼吸類型判定部7......通知裝置71......存儲部72......通知判斷部73......通信部74......顯示部741......報音裝置742......操作開關(guān)8......功能監(jiān)視裝置9......計時部10......被檢者
IOa......胸腹部20......傳感器支撐臺M......微波Ma......微波多普勒頻移信號Ms......微波帶寬限制信號Md......微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Mf......傅里葉變換結(jié)果Fl......基波頻譜振幅 F3......三倍波頻譜振幅F5......五倍波頻譜振幅fb......基波頻率成分Ks......胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs......腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)As......呼吸類型數(shù)據(jù)Ts......胸腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Sd......呼吸類型存儲數(shù)據(jù)EO......功能異常信號EOEd......通知指示信號Tl......第一計時信號T2......第二計時信號T3......第三計時信號N......呼吸暫停警報信號Nm......裝置動作異常信號α......上限定數(shù)β......下限定數(shù)Eme......發(fā)射微波電信號Emr......接收微波電信號
具體實施例方式本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置的最大特點在干,對從微波多普勒傳感器得到的信號進(jìn)行處理,對該波形中包含的基波與奇數(shù)諧波的頻率成分進(jìn)行比較,基于其比較結(jié)果判別被檢者是處于正常呼吸狀態(tài)還是處于呼吸異常狀態(tài)。也就是說,對睡眠時胸部及腹部同時運動時接近正弦波的波形(正常呼吸時的動作波形)與胸部停止運動只有腹部運動的包含諧波的孤立波的波形(呼吸暫停時的動作波形)進(jìn)行區(qū)分,從而判定胸部與腹部的動作狀態(tài),即判定胸腹部狀態(tài)。并不是單純從多普勒頻移的信號選擇伴隨呼吸產(chǎn)生的信號,從而僅從呼吸的有無來判定睡眠呼吸暫停,而是能夠檢出胸部不動而只有腹部動作的狀態(tài)(阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥)或者胸部和腹部都不動的狀態(tài)(中樞性睡眠呼吸暫停綜合癥)。此處,對睡眠呼吸暫停判定裝置的基本動作進(jìn)行大致說明。當(dāng)然,有關(guān)結(jié)構(gòu)和動作的詳細(xì)內(nèi)容將在后續(xù)實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
首先,使用微波多普勒傳感器發(fā)出微波并檢出其反射波,將來自于微波多普勒傳感器的信號進(jìn)行快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform,以下簡稱FFT)處理,提取出來自于微波多普勒傳感器的信號的各頻率成分、即基波和奇數(shù)諧波。然后,從提出的基波和奇數(shù)諧波檢出胸腹部狀態(tài)。如上所述,胸部及腹部同時運動的呼吸時的動作的波形接近正弦波,胸部停止運動而只有腹部運動的呼吸暫停時的動作的波形為包含諧波的孤立波。胸部與腹部進(jìn)行動作時,由于空氣進(jìn)入肺部而發(fā)生緩慢運動,動作的波形接近正弦波,因此,當(dāng)進(jìn)行FFT處理時,基波成為主體,奇數(shù)諧波與基波相比變得很小。也就是說,進(jìn)行FFT處理時發(fā)現(xiàn)的基波是正常呼吸動作引起的接近正弦波的動作波形,由于此時發(fā)現(xiàn)的奇數(shù)諧波是由其他動作波形引起的,因此通過比較大小即可以進(jìn)行區(qū)分。另ー方面,當(dāng)只有腹部動作時,空氣不進(jìn)入肺部,只有肌肉收縮運動,動作的波形為只包含諧波的孤立波,因此,當(dāng)進(jìn)行FFT處理吋,與基波相比,奇數(shù)諧波變得相對較大。由于在進(jìn)行FFT處理時發(fā)現(xiàn)的基波本來不是由正常呼吸動作引起的,因此與此時發(fā)現(xiàn)的諧波之間的差值與正常呼吸時相比變小。將該基波與奇數(shù)諧波進(jìn)行比較便可以進(jìn)行區(qū)分。如此ー來,由于胸部或腹部的動作在進(jìn)行FFT處理后的波形具有明顯不同,從基波與奇數(shù)諧波的大小便可以檢出胸腹部狀態(tài)。然后,當(dāng)檢出胸腹部狀態(tài)后,從胸部的狀態(tài)與腹部的狀態(tài)這兩方面信息來判定呼吸類型,從該呼吸類型檢出呼吸暫停狀態(tài)。而且,當(dāng)需要在顯示部顯示信息時,可以通過通信裝置向外部發(fā)送信息。下面,對將奇數(shù)諧波用干與基波進(jìn)行比較的理由進(jìn)行說明。胸部及腹部同時運動的呼吸時的動作的波形是接近于正弦波的波形,該正弦波具有分別對應(yīng)干“吸”和“呼”的動作的上下対稱的對稱波的性質(zhì),胸部停止運動而只有腹部運動的呼吸暫停時的動作的波形是包含諧波的孤立波,該諧波同樣具有對稱波的性質(zhì)。如上所述,當(dāng)胸部和腹部進(jìn)行動作吋,由于空氣進(jìn)入肺部而發(fā)生緩慢運動,動作的波形接近正弦波,因此當(dāng)進(jìn)行FFT處理時,基波成為主體,諧波與基波相比變小。由于對稱波的特性是僅由基波和奇數(shù)諧波的成分構(gòu)成,因此表現(xiàn)為奇數(shù)諧波比例的顯著差異。以下參照附圖對睡眠呼吸暫停判定裝置的實施方式進(jìn)行說明。在說明中所使用的附圖中,同樣的結(jié)構(gòu)被賦予相同的編號。在說明中,雖然基于所使用的附圖進(jìn)行說明,但如果有已經(jīng)完成了說明的附圖,也可以進(jìn)行適當(dāng)參照。另外,第一實施方式具有實現(xiàn)本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置的基本結(jié)構(gòu)。第ニ實施方式是進(jìn)ー步增加了異常測定檢出部的結(jié)構(gòu),用于監(jiān)視睡眠呼吸暫停判定裝置的功能是否正常。實施例I以下,采用圖I至圖11詳細(xì)介紹睡眠呼吸暫停判定裝置的第一實施方式。[本發(fā)明的原理說明圖9、圖10、圖11]首先,采用圖9 圖11對睡眠呼吸暫停判定裝置所搭載的微波多普勒傳感器實現(xiàn)的信號檢出原理進(jìn)行說明。圖9為表示微波多普勒傳感器與被檢者的模塊圖。圖10、圖11為示意性地表示用于說明通過微波多普勒傳感器檢出的信號波形的波形圖。在圖9中,31為微波發(fā)送器、32為微波接收器、33為微波解調(diào)器,它們共同構(gòu)成了微波多普勒傳感器3。10為被檢者、IOa為由被檢者10的胸部與腹部構(gòu)成的上半身部分,以下稱為胸腹 部。胸腹部IOa包括如下部分當(dāng)進(jìn)行呼吸時用于擴(kuò)大胸廓的橫膈膜及附帯的肌膜,以及由肺膜、肺尖、上中下葉、斜裂、水平裂等構(gòu)成的肺本體。微波多普勒傳感器3可以選用一般的微波多普勒傳感器。在微波多普勒傳感器中,其輸出信號包含模擬信號和數(shù)字信號,但在本實施方式中,如圖9所示,來自于微波解調(diào)器33的微波多普勒頻移信號Ma為模擬信號,在微波多普勒傳感器3中沒有搭載將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的AD變換器,以此為例進(jìn)行說明。微波發(fā)送器31在向被檢者10發(fā)射頻率約為2. 5GHz的微波M的同時,輸出發(fā)射微波電信號Eme。由微波發(fā)送器31發(fā)射來的微波M,—部分在被檢者10的體表被反射,一部分進(jìn)入被檢者10的內(nèi)部,在胸腹部IOa進(jìn)行反射并再次經(jīng)過被檢者10由微波接收器32進(jìn)行接收。微波接收器32在接收微波M的同時,輸出接收微波電信號Emr。微波解調(diào)器33根據(jù)發(fā)射微波電信號Eme與接收微波電信號Emr輸出微波多普勒頻移信號Ma。由于在接收微波信號Emr中產(chǎn)生了對應(yīng)于被檢者10的胸腹部IOa的狀態(tài)的多普勒頻移,因此,微波多普勒頻移信號Ma成為對應(yīng)于被檢者10的胸腹部IOa的狀態(tài)的信號。圖10(a)表示了當(dāng)微波多普勒傳感器3與被檢者10的距離比較接近時(例如I米)的微波多普勒頻移信號Ma的時間變化,圖10 (b)表示了當(dāng)該距離比較長時(例如3米)的微波多普勒頻移信號Ma’的時間變化。雖然距離的差異體現(xiàn)在波形振幅的強弱,但波形的變化趨勢沒有區(qū)別。如上所述,對從被檢者10反射的微波多普勒頻移信號Ma進(jìn)行解析,檢出胸腹部IOa的狀態(tài),從而分別解析出胸部和腹部的狀態(tài)。[對呼吸暫停狀態(tài)下的胸腹部狀態(tài)進(jìn)行說明圖11]采用圖11對呼吸暫停狀態(tài)時的胸部與腹部的狀態(tài)進(jìn)行說明。圖11為表現(xiàn)被檢者10睡眠時的微波多普勒頻移信號Ma的時間變化的波形圖,縱軸表示波形的振幅,橫軸為時間。圖11所示的區(qū)間Dn表示正常呼吸的情形,區(qū)間Da表示呼吸暫停的情形。在圖11的區(qū)間Dn中所示的微波多普勒頻移信號Ma是接近正弦波的波形,是由于空氣進(jìn)入肺部而使胸部和腹部共同運動而使波形變緩而形成的。另ー方面,圖11的區(qū)間Da中所示的微波多普勒頻移信號Ma’成為快速變化的孤立波狀的波形,從而變化為包含諧波的尖狀波形。如前所述,睡眠呼吸暫停時,可能由于上呼吸道狹窄而造成堵塞。因此,由于身體想要進(jìn)行呼吸,因此雖然腹部運動,但空氣并不進(jìn)入肺部從而不會引起肺部擴(kuò)張使胸部不動。而且,只有腹部運動。因此,微波多普勒頻移信號Ma’成為與接近正弦波的波形不同的波形。
本發(fā)明的特征部分在于,通過兩種不同的波形來判斷胸腹部IOa的狀態(tài)差異(呼吸的有無)。而且運用將胸腹部的運動差異相關(guān)的波形差異進(jìn)行區(qū)分的算法對微波多普勒頻移信號Ma進(jìn)行解析,從而能夠檢出胸部不動而只有腹部動作的狀態(tài)(阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥),或者是胸部和腹部都運動的狀態(tài)(中樞性睡眠呼吸暫停綜合癥),因此能夠正確地判定被檢者10睡眠中的呼吸暫停狀態(tài)。[睡眠呼吸暫停判定裝置的結(jié)構(gòu)說明圖I、圖2]以下采用圖I和圖2說明睡眠呼吸暫停判定裝置的結(jié)構(gòu)。首先,采用圖I說明睡眠呼吸暫停判定裝置I的示意性結(jié)構(gòu)。圖I為睡眠呼吸暫停判定裝置I的模塊圖。睡眠呼吸暫停判定裝置I具有微波多普勒傳感器3和呼吸暫停判別裝置2。呼吸暫停判別裝置2包括信號處理裝置4、胸腹部狀態(tài)檢出裝置5、呼吸類型判定部6、通知裝置7和計時部9。如對圖9做出的說明那樣,微波多普勒傳感器3向被檢者10發(fā)送微波M,并輸出從反射回來的微波M得到反映被檢者10的身體運動和呼吸動作的微波多普勒頻移信號Ma。呼吸暫停判別裝置2的信號處理裝置4將微波多普勒頻移信號Ma變?yōu)檫m合于數(shù)據(jù)處理的信號并作為微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Md進(jìn)行輸出。胸腹部狀態(tài)檢出裝置5基于該微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Md輸出被檢者10的胸腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Ts0另外,胸腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Ts由胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)Ks和腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs構(gòu)成。詳細(xì)內(nèi)容如后所述。呼吸類型判定部6基于胸腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Ts判別被檢者10的呼吸狀態(tài)并輸出呼吸類型數(shù)據(jù)Rp。通知裝置7基于呼吸類型數(shù)據(jù)Rp進(jìn)行信息通知。將呼吸類型數(shù)據(jù)Rp的內(nèi)容以文字等進(jìn)行表示,也可以另設(shè)蜂鳴器等的報音裝置。而且,能夠?qū)⒃撔畔⑤敵龅窖b置的外部。與該信息對應(yīng)的信號為呼吸暫停警報信號N。計時部9是向呼吸暫停判別裝置2的各元件提供時刻信息的裝置。詳細(xì)內(nèi)容如后所述,但其提供由第一計時信號Tl、第二計時信號T2、第三計時信號T3構(gòu)成的基準(zhǔn)信號。第一計時信號Tl具有用于決定后述信號處理裝置4內(nèi)部的AD變換部的采樣時間的時刻信息。例如,周期為10毫秒(msec)的脈沖信號。第二計時信號T2具有用于控制胸腹部狀態(tài)檢出裝置5的動作的時刻信息。例如、脈沖周期為10秒 60秒的脈沖信號。第三計時信號T3為具有日期和時刻等信息的時刻信息。以下采用圖2詳細(xì)說明呼吸暫停判別裝置2的結(jié)構(gòu)。圖2是對圖I所示睡眠呼吸暫停判定裝置I的各元件結(jié)構(gòu)做進(jìn)ー步分解的詳細(xì)功能模塊圖。信號處理裝置4由帶寬限制部41和AD變換部42構(gòu)成。帶寬限制部41輸入微波多普勒頻移信號Ma,將微波多普勒頻移信號Ma中不需要的頻帶成分去除,并輸出微波帶寬限制信號Ms。、
AD變換部42輸入微波帶寬限制信號Ms以由第一計時信號Tl確定的采樣速率10毫秒將模擬信號的微波帶寬限制信號Ms變換為數(shù)字信號的微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Md并進(jìn)行輸出。胸腹部狀態(tài)檢出裝置5包括FFT部51,輸入微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Md,基于第二計時信號T2對該信號進(jìn)行預(yù)定時間積累,通過FFT處理輸出作為頻率頻譜信息的傅里葉變換結(jié)果Mf ;基波檢出部52,輸入傅里葉變換結(jié)果Mf并將傅里葉變換結(jié)果Mf中包含的基波作為胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)Ks進(jìn)行輸出;以及奇數(shù)諧波檢出部53,將傅里葉變換結(jié)果Mf中包含的奇數(shù)諧波作為腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs進(jìn)行輸出。呼吸類型判定部6根據(jù)由胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)Ks和腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs構(gòu)成的胸腹部狀態(tài) 數(shù)據(jù)Ts,以及具有包含日期和時間等信息的第三計時信號T3輸出呼吸類型數(shù)據(jù)Rp。通知裝置7包括存儲部71,存儲呼吸類型數(shù)據(jù)Rp并輸出呼吸類型存儲數(shù)據(jù)Sd ;通知判斷部72,基于呼吸類型存儲數(shù)據(jù)Sd輸出通知指示信號Ed ;通信部73,基于通知指示信號Ed發(fā)送呼吸暫停警報信號N ;以及顯示部74。顯示部74顯示從呼吸類型判定部6輸出的呼吸類型數(shù)據(jù)Rp的內(nèi)容。顯示部74用于向周圍的醫(yī)療相關(guān)人員、家人和被檢者10通知發(fā)生了呼吸暫停狀態(tài),因此可以根據(jù)需要另設(shè)蜂鳴器等報音裝置。計時部9輸出第一計時信號Tl、第二計時信號T2和第三計時信號T3,雖然圖中未表示,但例如可以包括使用晶振等輸出預(yù)定頻率的時鐘信號的源振時鐘部、將該時鐘信號分頻以生成預(yù)定分頻信號的分頻電路部、根據(jù)該分頻信號生成時刻信息的時刻生成部等。由于這些結(jié)構(gòu)在已知的時計電路都廣為人知,因此省略詳細(xì)說明。[睡眠呼吸暫停判定裝置的動作說明圖2 圖8]以下采用圖2 圖8說明睡眠呼吸暫停判定裝置I的各元件的詳細(xì)內(nèi)容。首先說明胸腹部狀態(tài)檢出裝置5的基本動作。[胸腹部狀態(tài)檢出裝置5的說明]首先對胸腹部狀態(tài)檢出裝置5的大致動作進(jìn)行說明。胸腹部狀態(tài)檢出裝置5對從信號處理裝置4輸入的微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Md進(jìn)行傅里葉變換,從傅里葉變換后的波形中找出基波和奇數(shù)諧波。從基波中查找最高的頻譜振幅,從三倍諧波查找最高的頻譜振幅,從五倍諧波中查找最高的頻譜振幅,根據(jù)基波與三倍和五倍的奇數(shù)諧波進(jìn)行類型判斷,以判斷是胸部及腹部均運動的正常呼吸、還是只有腹部運動的呼吸暫停(阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥),或者是胸部和腹部都不運動的呼吸暫停(中樞性睡眠呼吸暫停綜合癥)。S卩,基波的頻譜振幅設(shè)為F1,將三倍諧波的頻譜振幅設(shè)為F3,將五倍諧波的頻譜振幅設(shè)為F5,此時使用下式進(jìn)行判斷。a XFl > F3 > β XFla XFl > F5 > β XFl根據(jù)上述判斷式,將只有腹部動作的呼吸時間以及胸部和腹部均不運動的時間作為呼吸暫停時間進(jìn)行累積,如果該累積時間多于預(yù)定時間,則判定為睡眠呼吸暫停。另外,α稱為上限定數(shù),β稱為下限定數(shù)。[FFT部的說明]以下對FFT部51的動作進(jìn)行說明。
FFT部51基于第二計時信號T2對微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Md進(jìn)行預(yù)定時間的累積并進(jìn)行FFT處理。該FFT處理是對輸入信號進(jìn)行快速傅里葉變換處理。即,對累積的微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Md進(jìn)行傅里葉變換,分解為各個信號成分之后,將各成分表示在頻率頻譜上,作為傅里葉變換結(jié)果Mf輸出給基波檢出部52和奇數(shù)諧波檢出部53。另外,對微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Md進(jìn)行預(yù)定時間累積的第二計時信號T2此時例如可以為30秒。以下采用圖3和圖4說明基波檢出部52及奇數(shù)諧波檢出部53。在對基波檢出部52及奇數(shù)諧波檢出部53的說明中,用于說明基波檢出部52的圖3作為被檢者10進(jìn)行正常呼吸時的波形,用于說明奇數(shù)諧波檢出部53的圖4為被檢者10呼吸暫停時的波形,如此對狀態(tài)進(jìn)行區(qū)分。很容易理解,圖11所示區(qū)間Dn的波形對應(yīng)圖3 的情形,圖11所示區(qū)間Da的波形對應(yīng)圖4的情形。輸入到這兩個檢出部的傅里葉變換結(jié)果Mf是由對應(yīng)于被檢者10的胸腹部IOa的運動的微波多普勒頻移信號Ma而產(chǎn)生的,因此包含被檢者10的呼吸、呼吸暫停和體動。這兩個檢出部分別獨立地區(qū)分基波和奇數(shù)諧波,為了便于說明,將呼吸和呼吸暫停分別顯示在圖3和圖4中的形態(tài)進(jìn)行了說明。[基波檢出部的說明圖3]首先采用圖3說明基波檢出部52。圖3表示了被檢者10呼吸正常時的波形。圖3(a)表示了輸入到FFT部51的微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Md,圖3 (b)為基于微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Md由FFT部51輸出的傅里葉變換結(jié)果Mf,為了便于對二者進(jìn)行觀察,將他們并排顯示。圖3(a)中,以橫軸為時間,以縱軸為信號振幅進(jìn)行顯示,在圖3(b)中,以橫軸為頻率,以縱軸為頻譜振幅進(jìn)行顯示。傅里葉變換結(jié)果Mf能夠分解出每個頻率成分。在圖3(b)所示舉例中,將其作為基本頻率成分fb。然后,在基本頻率成分fb中,將最大的頻譜振幅作為基波的頻譜振幅F1?;z出部52對傅里葉變換結(jié)果Mf從低頻側(cè)開始掃描。將位于預(yù)定頻率范圍內(nèi)的頻率作為基本頻率成分fb,其中,將振幅超過預(yù)定頻譜振幅的值作為基波頻譜振幅Fl?;z出部52在圖中未表示的存儲裝置中預(yù)先存儲有上述預(yù)定頻率范圍和預(yù)定頻譜振幅的大小,將其與傅里葉變換結(jié)果Mf進(jìn)行比較。而且,由于基波檢出部52將基波成分的頻譜振幅作為胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)Ks輸出,因此,在本例中采用如下式子。胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)Ks = Fl[奇數(shù)諧波檢出部的說明圖4]以下采用圖4說明奇數(shù)諧波檢出部53。圖4表示了被檢者10呼吸暫停時的波形。圖4與圖3類似,分別在圖4(a)中表示了微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Md,在圖4(b)中表示了傅里葉變換結(jié)果Mf。另外,圖中的軸也與圖3相同。傅里葉變換結(jié)果Mf分解出各個頻率成分。在圖4(b)所示舉例中分解成三個?;绢l率成分fb、奇數(shù)諧波中的三次諧波成分f3,同樣還有五次諧波成分f5。在各個頻率成分中,將最大的頻譜振幅分別作為FI’、F3和F5。
奇數(shù)諧波檢出部53與基波檢出部52類似,從傅里葉變換結(jié)果Mf的低頻側(cè)開始掃描。將進(jìn)入預(yù)定頻率范圍內(nèi)的值作為基本頻率成分fb,其中,將振幅超過預(yù)定頻譜振幅的值作為基波頻譜振幅F1’。而且,針對該基波頻譜振幅F1’的三倍及五倍的頻率位置,將進(jìn)入各個預(yù)定頻率范圍內(nèi)的值作為三次諧波成分f3、五次諧波成分f5,將振幅超過各個預(yù)定頻譜振幅的值作為三倍波頻譜振幅F3、五倍波頻譜振幅F5。奇數(shù)諧波檢出部53與基波檢出部52類似,在圖中未表示的存儲裝置中預(yù)先存儲有上述預(yù)定頻率范圍和預(yù)定頻譜振幅的大小,將其與傅里葉變換結(jié)果Mf進(jìn)行比較。奇數(shù)諧波檢出部53將各個奇數(shù)次諧波成分的頻譜振幅作為腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs進(jìn)行輸出。如圖4(b)所示,頻譜振幅由于基于三次諧波的和基于五次諧波的兩類數(shù)據(jù)均存在,因此,腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs如下式所示
基于三次諧波的腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fsl = F3基于五次諧波的腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs2 = F5另外,圖2所示腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs以Fs = Fsl+Fs2進(jìn)行綜合表示。另外,在奇數(shù)諧波中存在三次諧波、五次諧波、以后的(2n_l)次諧波。本實施方式中,如圖4所示,表示了提取截止到五次諧波的例子。當(dāng)然并不限于此,也可以捕捉七次、九次及更高次諧波。此時的腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs例如如下式所示基于七次諧波的腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs3 = F7基于九次諧波的腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs4 = F9奇數(shù)諧波隨著次數(shù)的升高,頻譜振幅變低,因此難以從各頻率成分中選定最大的頻譜振幅,因此適當(dāng)選擇所使用的次數(shù)是很重要的。[呼吸類型判定部的動作說明圖5]以下采用圖2和圖5對通過胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)Ks和腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs判斷呼吸暫停的呼吸類型判定部6的動作進(jìn)行說明。圖5中將被檢者10的呼吸動作分為三種呼吸類型,即伴有胸腹部動作的“胸腹部呼吸”、只有腹部動作的“腹部呼吸”、胸部和腹部均無動作的“胸腹部呼吸暫停”,在各種呼吸類型中,作為胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)Ks的F1、作為腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs的F3、F5的舉例總結(jié)在圖表中,從而顯示呼吸類型判定部6的動作的基本算法。呼吸類型判定部6具有圖中未示出的存儲裝置,存儲有圖5中所示的三個呼吸類型和條件。另外還存儲有后述取得頻譜振幅的時間、用于判定“呼吸暫停狀態(tài)a”的預(yù)定時間tl以及用于判定“呼吸暫停狀態(tài)b”的預(yù)定時間t2等。在圖5所示的三種呼吸類型中,“胸腹部呼吸”是胸腹部共同動作的正常呼吸的類型,呼吸類型判定部6輸出“正常呼吸”作為呼吸類型數(shù)據(jù)Rp。另外,“腹部呼吸”由于有阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥的嫌疑,因此判定為呼吸暫停狀態(tài),呼吸類型判定部6輸出“呼吸暫停a”作為呼吸類型數(shù)據(jù)Rp。另外,“胸腹部呼吸暫?!庇捎谟兄袠行运吆粑鼤和>C合癥的嫌疑,因此也判定為呼吸暫停狀態(tài),呼吸類型判定部6輸出“呼吸暫停b”作為呼吸類型數(shù)據(jù)Rp。呼吸類型判定部6進(jìn)行判定的具體動作如下所述。
呼吸類型判定部6利用從胸腹部狀態(tài)檢出裝置5輸出的作為胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)Ks的基波頻譜振幅F1、作為腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs的三倍波頻譜振幅F3和五倍波頻譜振幅F5、以及從計時部9輸入的第三計時信號T3,根據(jù)圖5所示的圖表判別呼吸類型。 另外,為了提高睡眠呼吸暫停的檢出精度,最好對某段時間內(nèi)的胸腹部IOa的運動進(jìn)行捕捉。因此,首先,從第三計時信號T3中包含的時刻信息中分別獲取預(yù)定時間、多個波形情況的基波頻譜振幅F1、三倍波頻譜振幅F3和五倍波頻譜振幅F5。然后分別進(jìn)行平均,算出平均基波頻譜振幅F10、平均三倍波頻譜振幅F30和平均五倍波頻譜振幅F50。并且,將這三個頻譜振幅的大小關(guān)系依照圖5所示的圖表進(jìn)行判定。以下雖然說明了依照圖5所示條件進(jìn)行判定的情形,但歸根結(jié)底是原理性的說明,因此不使用平均基波頻譜振幅F10、平均三倍波頻譜振幅F30和平均五倍波頻譜振幅F50,而使用基波頻譜振幅F1、三倍波頻譜振幅F3和五倍波頻譜振幅F5進(jìn)行說明。如舉例所示,如果基波頻譜振幅F1、三倍波頻譜振幅F3、五倍波頻譜振幅F5的大小關(guān)系滿足下式,則是胸腹部呼吸,并判定為“正常呼吸”。Fl > > F3 及 Fl > > F5如果基波頻譜振幅Fl、三倍波頻譜振幅F3、五倍波頻譜振幅F5的大小關(guān)系滿足下式,則為胸腹部呼吸,并判定為“正常呼吸”。O. 3F1 > F3 > O. 1F5 或 O. 3F1 > F5 > O. 1F3如果基波頻譜振幅Fl、三倍波頻譜振幅F3、五倍波頻譜振幅F5的大小關(guān)系滿足下式時,通過第三計時信號T3測量該狀態(tài)的持續(xù)時間,如果超過預(yù)定時間tl,則判定為“呼吸暫停狀態(tài)a”。Fl > F3 > F5 或 O. 7F1 > F3 > O. 5F1 或 O. 4F1 > F5 > O. 3F3如果基波頻譜振幅F1、三倍波頻譜振幅F3、五倍波頻譜振幅F5如下式所示均為接近O的較小值,當(dāng)該狀態(tài)超過預(yù)定時間t2吋,則判定為“呼吸暫停狀態(tài)b”。Fl O且F3 O且F5 O另外,“呼吸暫停狀態(tài)b”如前所述有中樞性睡眠呼吸暫停綜合癥的嫌疑,因此緊急度較高,將用于判定“呼吸暫停狀態(tài)b”的預(yù)定時間t2設(shè)定成比“呼吸暫停狀態(tài)a”的預(yù)定時間tl更短。另外,進(jìn)行該判定所需的預(yù)定時間tl、t2中,前者大致為15秒,后者大致為10秒。然而,上述時間根據(jù)被檢者10的生理狀況而變化,因此最好是能夠?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)整。進(jìn)ー步地,緊急性比較低的阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥不僅是進(jìn)行一次判定,而是在相當(dāng)于ー個晚上的6個小時到7個小時的睡眠期間,當(dāng)“呼吸暫停狀態(tài)b”發(fā)生20次以上時才判定為呼吸暫停綜合癥,等等,可以將ー個晚上的發(fā)生頻度作為判定基準(zhǔn)。另外,上述不等式中的基波頻譜振幅F1、三倍波頻譜振幅F3、五倍波頻譜振幅F5的O. I和O. 3等的系數(shù)只是ー個實施例,當(dāng)然也可以對應(yīng)于被檢者10的生理狀況采用適當(dāng)?shù)闹怠<匆话愣?,如下式所示,對?yīng)于被檢者10固有的生理狀態(tài)和健康狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值管理。a XFl > F3 > β XFl 或 a XFl > F5 > β XFl
也就是說,可以以基波頻譜振幅Fl為基準(zhǔn),對三倍波頻譜振幅F3及五倍波頻譜振幅F5進(jìn)行評價,α為上限定數(shù)、β為下限定數(shù)進(jìn)行數(shù)值管理。另外,對上述算法的一般性判別條件的詳細(xì)說明如下所述。即,在基波頻譜振幅Fl、三倍波頻譜振幅F3、五倍波頻譜振幅F5中,將與三倍波頻譜振幅F3和五倍波頻譜振幅F5相關(guān)的上限定數(shù)表示為α3和α 5,下限定數(shù)表示為β3和β 5吋,如下式所示,以基波頻譜振幅Fl為基準(zhǔn),限定了三倍波頻譜振幅F3與五倍波頻譜振幅F5的比例。式I : a 3XF1 > F3 > β 3XF1 及式 2 a 5XF1 > F5 > β 5XF1首先,胸部及腹部同時運動的正常呼吸由于空氣流入胸腔而使呼吸波形接近正弦波,相對于基波頻譜振幅Fl,三倍波頻譜振幅F3和五倍波頻譜振幅F5變得非常小。實際上,有噪音和體動,三倍波頻譜振幅F3和五倍波頻譜振幅F5并不完全為零, 例如將F3和F5相關(guān)的上限定數(shù)表示為α 3和α 5,將F3和F5相關(guān)的下限定數(shù)表示為β 3和β 5時,例如可以如下式所示α 3, α 5 = O. 3 ; β 3, β 5 = O而且,式I及式2可以如下式所示。O. 3XF1 > F3 > OXFl ;0. 3XF1 > F5 > OXFl另ー方面,在胸部停止運動而只有腹部運動的呼吸動作中,空氣不流入胸腔致使只有腹部肌肉間歇性動作,因此呼吸波形接近孤立波。例如可以如下式所示α 3 = O. 7、β 3 = O. 5、α 5 = O. 4、β 5 = O. 3而且,式I及式2可以如下式所示O. 7XF1 > F3 > O. 5XF1O. 4XF1 > F5 > O. 3XF1如上所示,根據(jù)作為胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)Ks的基波頻譜振幅Fl與作為腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs的三倍波頻譜振幅F3和五倍波頻譜振幅F5的相對大小關(guān)系判定呼吸暫停狀態(tài)。如此,由胸腹部狀態(tài)檢出裝置5檢出被檢者10的狀態(tài),由呼吸類型判定部6判別如上所述的呼吸類型,從而區(qū)分是阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥還是中樞性睡眠呼吸暫停綜合癥。[是否安全通知裝置的動作說明圖2 圖4]以下對通知裝置7的動作進(jìn)行說明。從呼吸類型判定部6輸出的呼吸類型數(shù)據(jù)Rp —旦存儲于存儲部71中,便從存儲部71讀出作為呼吸類型存儲數(shù)據(jù)Sd輸出給通知判斷部72。呼吸類型數(shù)據(jù)Rp和呼吸類型存儲數(shù)據(jù)Sd由“正常呼吸”、“呼吸暫停a”和“呼吸暫停b”共同構(gòu)成。通知判斷部72判斷呼吸類型存儲數(shù)據(jù)Sd是否達(dá)到了需要通知的水平。作為一例,呼吸類型存儲數(shù)據(jù)Sd的內(nèi)容只要是判定為被檢者10無異常的“正常呼吸”,或者即使是呼吸暫停的“呼吸暫停a”,則判斷為未達(dá)到需要通知的水平。另外,呼吸類型存儲數(shù)據(jù)Sd的內(nèi)容如果是判定為被檢者10高緊急度異常的“呼吸暫停判定b”,則輸出通知指示信號Ed。通知指示信號Ed通過通信部73作為呼吸暫停警報信號N向外部發(fā)送。
通信部73可 以使用一般電話線路與數(shù)字調(diào)制器相連的線路控制裝置的組合以及模擬或數(shù)字無線發(fā)射機(jī)。[外觀說明圖7、圖8]以下采用圖7和圖8說明睡眠呼吸暫停判定裝置I的外觀。圖7為表示作為本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置I的主要部分的呼吸暫停判別裝置2的一實施例的外觀圖,圖8為表示對睡眠時的被檢者10使用狀態(tài)的側(cè)面圖。如圖7所示,呼吸暫停判別裝置2具體接近于桌面型相框的外觀,在前面設(shè)置有顯示部74、報音裝置741和操作開關(guān)742。顯示部74可以使用液晶顯示器。如上所述,能夠?qū)?yīng)于從呼吸類型判定部6輸出的呼吸類型數(shù)據(jù)Rp的內(nèi)容,顯示呼吸暫停狀態(tài)的發(fā)生時刻和緊急度。報音裝置741向被檢者10周圍的醫(yī)護(hù)人員和家人等通過聲音通知呼吸暫停狀態(tài)的發(fā)生和緊急度等,因此可以由陶瓷音響元件和動態(tài)揚聲器等構(gòu)成。呼吸暫停判別裝置2為了應(yīng)對緊急情況有時也要與外部通話,因此,報音裝置741可以由用于報音的陶瓷音響兀件、動態(tài)揚聲器及動態(tài)擴(kuò)音器的組合構(gòu)成。操作開關(guān)742用于對顯示部74的顯示內(nèi)容和音響電平進(jìn)行操作,或者對由報音裝置741播報的外部詢問進(jìn)行回復(fù),可以使用按鈕型的開關(guān)。圖8表示了睡眠呼吸暫停判定裝置的ー實際使用狀態(tài),是從被檢者10的頭上方向足方向觀察的側(cè)面圖。如圖8所示,微波多普勒傳感器3固定在傳感器支撐臺20上,以向被檢者10的胸腹部IOa發(fā)出微波M。另外,在圖8中省略了呼吸暫停判別裝置2。在圖8所示舉例中,表示了傳感器支撐臺20延伸到,被檢者10的下部或圖中省略的被檢者10使用的床墊等寢具的下部的狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)可以通過被檢者10的體重固定傳感器支撐臺20,因此非常便利。當(dāng)然,這只是ー個例子。支撐微波多普勒傳感器3的結(jié)構(gòu)的角度、高度和朝向等可以進(jìn)行自由變化,例如,可以為桌面型臺燈的形狀。當(dāng)采用這種結(jié)構(gòu)時,可以通過另設(shè)的線纜等與呼吸暫停判別裝置2相連。[第一實施方式的動作流程的說明圖2、圖6]以下,采用圖2及圖6詳細(xì)說明睡眠呼吸暫停判定裝置I的動作流程。圖6是說明睡眠呼吸暫停判定裝置I動作的動作流程。首先,在被檢者10開始就寢時或就寢后,使用圖中未表示的測定開始按鈕等啟動睡眠呼吸暫停判定裝置I。獲取來自于被檢者的反射波。S卩,向睡眠中的對象發(fā)送微波,檢出反射的微波多普勒頻移信號Ma。(SI)將微波多普勒頻移信號Ma變換為數(shù)字信號。S卩,將微波多普勒頻移信號Ma的頻域限定在信號處理所需的范圍內(nèi),例如,在分辨率為IObit時采樣速率約10毫秒,由此變換為微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Md。(S2)進(jìn)行FFT處理。即,將微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Md進(jìn)行約10秒 數(shù)分鐘的累積,累積成變換所需數(shù)據(jù)之后進(jìn)行傅里葉變換。(S3)進(jìn)行基波檢出。S卩,對傅里葉變換結(jié)果Mf從低頻側(cè)開始掃描,將進(jìn)入預(yù)定頻率范圍的頻率作為基本頻率成分fb,將其中超過預(yù)定頻譜振幅的頻譜振幅作為基波頻譜振幅Fl進(jìn)行存儲。(S4)在S5中進(jìn)行奇數(shù)諧波檢出。S卩,對傅里葉變換結(jié)果Mf從低頻側(cè)開始掃描,將進(jìn)入預(yù)定頻率范圍的頻率作為基本頻率成分fb,將其中超過預(yù)定頻譜振幅的作為基波頻譜振幅F1’進(jìn)行存儲。以基波頻譜振幅Fl ’為基礎(chǔ),搜索三倍及五倍的頻率位置的頻譜,作為三倍波頻譜振幅F3及三倍波頻譜振幅F5分別進(jìn)行存儲。(S5)在S6中,根據(jù)胸腹部狀態(tài)進(jìn)行呼吸類型判定。S卩,根據(jù)胸部的運動狀態(tài)和腹部的運動狀態(tài)決定屬于三種呼吸類型中的哪ー種。
(S6)在S7中,判定是否是睡眠呼吸暫停。S卩,決定是三種呼吸類型中的哪種呼吸類型。如果發(fā)生了呼吸暫停狀態(tài),則在顯示部74上顯示發(fā)生(開始)時刻和終止時刻。(S7)在S8中,判定睡眠呼吸暫停的緊急度。S卩,判斷是否為四種呼吸暫停狀態(tài)呼吸中的緊急度最高的“呼吸暫停b”狀態(tài),或者參照以往呼吸類型存儲數(shù)據(jù)Sd的內(nèi)容判斷緊急度。(S8)在S9中,向外部發(fā)送睡眠呼吸暫停警報。S卩,通過S8判定出緊急度高時,通過通知音和電話無線器等在內(nèi)外部發(fā)布警報。
(S9)通過以上步驟,克服了現(xiàn)有方式難以僅通過檢出上半身整體的微動而正確檢出睡眠呼吸暫停狀態(tài)的缺點。實施例2[睡眠呼吸暫停判定裝置的結(jié)構(gòu)說明圖12]以下采用圖12說明睡眠呼吸暫停判定裝置的第二實施方式。作為第二實施方式的睡眠呼吸暫停判定裝置100中増加了異常測定檢出部50,用于在胸腹部狀態(tài)檢出裝置5中監(jiān)視睡眠呼吸暫停判定裝置I的功能是否正常,以提高睡眠呼吸暫停判定動作的可靠性。圖12為表示睡眠呼吸暫停判定裝置100部分結(jié)構(gòu)的功能模塊圖,其中僅表示了與第一實施方式不相同的元件胸腹部狀態(tài)檢出裝置5a、呼吸類型判定部6及通知裝置7。向胸腹部狀態(tài)檢出裝置5a的異常測定檢出部50輸入傅里葉變換結(jié)果Mf,如果傅里葉變換結(jié)果Mf為零,則輸出功能異常信號E0,以通知微波多普勒傳感器3、信號處理裝置4或FFT部51發(fā)生了異常,并將該功能異常信號EO輸入到通知裝置7的通信部73。向通知裝置7的通信部73輸入由異常測定檢出部50輸出的功能異常信號EO吋,輸出裝置動作異常信號Nm,以向外部表明睡眠呼吸暫停判定裝置100的機(jī)器異常。同時,顯示部74產(chǎn)生“裝置的動作發(fā)生異?!钡扔糜谕ㄖ獧C(jī)器異常的消息和警告聲音,以向被檢者10周圍的家人和醫(yī)護(hù)人員通知睡眠呼吸暫停判定裝置100的異常。 由于第二實施方式的其他元件與第一實施方式相同,因此省略了重復(fù)的說明。
[第二實施方式的效果說明]睡眠呼吸暫停判定裝置的最重要的一點在于,正確地監(jiān)視呼吸的功能,以及將測定的信息向外部發(fā)送的功能。也就是說,進(jìn)行正確地測定并將該信息進(jìn)行通知。如果由異常測定檢出部50監(jiān)視睡眠呼吸暫停判定裝置100的功能,則可以進(jìn)ー步提高睡眠呼吸暫停判定裝置的可靠性。本發(fā)明的實施方式并不限于以上說明的實施方式,只要滿足本發(fā)明的思路即可以進(jìn)行任意變更。例如、基波檢出部52及奇數(shù)諧波檢出部53在第一實施方式中分別說明要找到基波頻譜振幅F1、三倍波頻譜振幅F3和五倍波頻譜振幅F5。對于該說明可以容易的理解為分別說明了在基波檢出部52輸入正常呼吸伴有的波形的例子,以及在奇數(shù)諧波檢出部53輸入呼吸暫停伴有的波形的例子。當(dāng)然,由于可以向各個檢出部輸入相同的傅里葉變換結(jié)果Mf,因此構(gòu)造一個檢出部來找到基波頻譜振幅F1、三倍波頻譜振幅F3、五倍波頻譜振幅F5也是可以的。 另外,雖然說明了基波檢出部52及奇數(shù)諧波檢出部53輸入傅里葉變換結(jié)果Mf,將各頻率成分中最大的頻譜振幅作為基波頻譜振幅F1、三倍波頻譜振幅F3和五倍波頻譜振幅F5,但這只是ー個例子。例如,準(zhǔn)備多個預(yù)定頻譜振幅的信息,從最大的頻譜振幅和次大的頻譜振幅這兩個中選出基波頻譜振幅Fl、三倍波頻譜振幅F3和五倍波頻譜振幅F5也是可以的。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明所述睡眠呼吸暫停判定裝置無需大型的裝置即可實現(xiàn)高精度的睡眠呼吸暫停判定,因此適用于作為家庭內(nèi)的睡眠呼吸暫停綜合癥的發(fā)現(xiàn)裝置。當(dāng)然,由于呼吸動作狀態(tài)的好壞與循環(huán)器官功能的好壞有著密切的關(guān)系,因此可以應(yīng)用于呼吸循環(huán)生理學(xué)中的基礎(chǔ)和臨床研究。
權(quán)利要求
1.ー種睡眠呼吸暫停判定裝置,其特征在于,對睡眠中的被檢者的胸部及腹部發(fā)出微波,基于從所述被檢者反射出的反射波對被檢者的睡眠中的呼吸暫停狀態(tài)進(jìn)行判定,具有呼吸暫停判別裝置,該呼吸暫停判別裝置對從所述反射波得到的微波多普勒頻移信號進(jìn)行傅里葉變換,將基波與奇數(shù)諧波的頻率成分進(jìn)行比較,基于該比較結(jié)果,判別所述被檢者的正常呼吸狀態(tài)和呼吸異常狀態(tài),從而判定所述被檢者的呼吸暫停狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的 睡眠呼吸暫停判定裝置,其特征在于,當(dāng)所述呼吸異常狀態(tài)的累積時間超過預(yù)定時間時,所述呼吸暫停判別裝置判定所述被檢者為呼吸暫停狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的睡眠呼吸暫停判定裝置,其特征在于,包括微波多普勒傳感器,該微波多普勒傳感器具有發(fā)出所述微波的微波發(fā)送器、接收所述反射波(M)的微波接收器、從所述反射波(M)輸出微波多普勒頻移信號(Ma)的微波解調(diào)器; 所述呼吸暫停判別裝置包括 信號處理裝置,輸入所述微波多普勒頻移信號(Ma)并輸出微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(Md); 胸腹部狀態(tài)檢出裝置,輸入所述微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(Md)并進(jìn)行傅里葉變換,從該傅里葉變換結(jié)果(Mf)中包含的基波和奇數(shù)諧波中,輸出包含所述被檢者的胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)(Ks)和腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)(Fs)的胸腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)(Ts); 呼吸類型判定部,輸入所述胸腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)(Ts)并輸出所述被檢者的呼吸類型數(shù)據(jù)(Rp); 通知裝置,輸入所述呼吸類型數(shù)據(jù)(Rp)并輸出呼吸暫停警報信號(N)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的睡眠呼吸暫停判定裝置,其特征在于,所述胸腹部狀態(tài)檢出裝置包括 FFT部,輸入所述微波數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(Md)進(jìn)行傅里葉變換,并輸出所述傅里葉變換結(jié)果(Mf); 基波檢出裝置,輸入所述傅里葉變換結(jié)果(Mf),從低頻側(cè)依次檢查頻率成分從而檢出基波,算出該基波的頻譜振幅作為所述被檢者的胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)(Ks)進(jìn)行輸出; 奇數(shù)諧波檢出裝置,輸入所述傅里葉變換結(jié)果(Mf),從所述基波的頻譜振幅的奇數(shù)倍頻率檢出奇數(shù)諧波,算出該奇數(shù)諧波的頻譜振幅作為所述被檢者的腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)(Fs)進(jìn)行輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的睡眠呼吸暫停判定裝置,其特征在干,所述胸腹部狀態(tài)檢出裝置包括異常測定檢出部,該異常測定檢出部輸入所述傅里葉變換結(jié)果(Mf),當(dāng)頻譜振幅低于預(yù)定振幅值時輸出異常測定數(shù)據(jù)(EO);所述胸腹部狀態(tài)檢出裝置輸出包含所述胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)(Ks)、所述腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)(Fs)及所述異常測定數(shù)據(jù)(EO)的所述胸腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)(Ts)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的睡眠呼吸暫停判定裝置,所述呼吸類型判定部將胸部狀態(tài)數(shù)據(jù)(Ks)與腹部狀態(tài)數(shù)據(jù)(Fs)進(jìn)行比較,判別所述被檢者的胸部和腹部同時運動的所述正常呼吸狀態(tài),和只有胸部停止運動而腹部動作的呼吸異常狀態(tài),根據(jù)對所述呼吸異常狀態(tài)的時間進(jìn)行累積的累積時間,判定所述被檢者的呼吸暫停狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的睡眠呼吸暫停判定裝置,其特征在于,所述通知裝置包括 存儲部,在存儲所述呼吸類型數(shù)據(jù)(Rp)的同時輸出呼吸類型存儲數(shù)據(jù)(Sd); 通知判斷部,將所述呼吸類型存儲數(shù)據(jù)(Sd)作為輸入,并輸出通知指示信號(Ed);通信部,將所述通知指示信號(Ed)作為輸入,并輸出所述呼吸暫停警報信號(N);顯示部,顯示所述呼吸 類型數(shù)據(jù)(Rp)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種睡眠呼吸暫停判定裝置,能夠以非接觸式的睡眠呼吸暫停判定裝置捕捉由睡眠時的呼吸暫停狀態(tài)產(chǎn)生的只有胸部停止運動而腹部動作的現(xiàn)象,因此能夠正確地判定睡眠呼吸暫停。該睡眠呼吸暫停判定裝置對睡眠中的被檢者的胸部及腹部發(fā)出微波,對從反射波得到的微波多普勒頻移信號進(jìn)行傅里葉變換,對基波與奇數(shù)諧波的頻率成分進(jìn)行比較,基于該比較結(jié)果判別被檢者的正常呼吸狀態(tài)和呼吸異常狀態(tài)。據(jù)此能夠正確判定被檢者睡眠時的呼吸暫停狀態(tài)。
文檔編號A61B5/113GK102641125SQ201210031790
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者清水秀樹 申請人:西鐵城控股株式會社, 西鐵城精電科技株式會社
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