JP2019512370A - 睡眠時無呼吸モニタリングシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、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し、非常に簡素な携帯型機器として作製できるので、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。
【選択図】図１

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、前記使用者の生体活動による音を感知する音感知センサ、前記使用者の動きを感知する姿勢測定センサ、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及び前記分析された生体信号を用いて、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、前記心電図から分析された心拍数及び前記出力されたインピーダンス断層映像情報を用いて、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む。

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_２）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_２、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_２）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、
   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、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、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、
   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、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測定対象部位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、前記使用者の生理活性による音を感知する音感知センサ、前記使用者の動きを感知する姿勢測定センサ、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、
   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、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、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及び前記分析された生体信号を用いて、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、前記心電図から分析された心拍数及び前記出力されたインピーダンス断層映像情報を用いて、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、
    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、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む、睡眠時無呼吸モニタリングシステム。