特許 6884433 睡眠無呼吸測定装置及びその方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6884433

(24)【登録日】2021年5月14日

(45)【発行日】2021年6月9日

(54)【発明の名称】睡眠無呼吸測定装置及びその方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/08 20060101AFI20210531BHJP

   A61B 5/053 20210101ALI20210531BHJP

   A61B 5/256 20210101ALI20210531BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/08

   A61B5/05 B

   A61B5/04 300M

【請求項の数】18

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2019-547558(P2019-547558)

(86)(22)【出願日】2017年11月15日

(65)【公表番号】特表2020-503989(P2020-503989A)

(43)【公表日】2020年2月6日

(86)【国際出願番号】KR2017012918

(87)【国際公開番号】WO2018093131

(87)【国際公開日】20180524

【審査請求日】2019年5月20日

(31)【優先権主張番号】10-2016-0154137

(32)【優先日】2016年11月18日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】519179372

【氏名又は名称】株式会社バイラップ

【氏名又は名称原語表記】ＢＩＬＡＢ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100159547

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴谷 裕二

(72)【発明者】

【氏名】ウ・ウンジェ

(72)【発明者】

【氏名】オ・ドンイン

【審査官】 大熊 靖夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１３８７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３４０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２５２３０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２２８１４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 Peimin Yan et al.，Using independent component analysis for electrical impedance tomography，PROCEEDINGS OF SPIE，２００４年 ５月２８日

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／０５−５／０５３，５／０８，５／２４−５／３９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電流注入及び電圧感知のための複数の第１電極が形成され、測定しようとする被験者の顔と首の周囲に沿って直接的に取り付けられる、上氣道電極ベルトと、
電流注入及び電圧感知のための複数の第２電極が形成され、測定しようとする被験者の胸部の周りに沿って直接的に取り付けられる胸部電極ベルトと、
前記複数の第１電極と前記複数の第２電極の各々での少なくとも一つ以上選択された電極対に電流を選択的に供給し、選択されない電極を介して電圧を測定し、前記測定された電圧のそれぞれに応じた上氣道インピーダンスデータと胸部インピーダンスデータを基にして映像化する制御部と、
前記映像化された上氣道映像と胸部映像を定量化して無呼吸を診断する無呼吸の診断部 を含み、
前記上氣道映像は前記上氣道の内部映像であり、前記胸部映像は前記胸部の内部映像である、睡眠無呼吸測定装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記被験者の顔と首周りに取り付けられた前記複数の第１電極の内、少なくとも一つの選択された電極対を介して、複数の周波数範囲を有する電流を注入する第１電流注入モジュールと、
前記被験者の胸部のまわりに取り付けられた前記複数の第２電極の内、少なくとも一つの選択された電極対を介して、複数の周波数範囲を有する電流を注入する第２電流注入モジュール
を含む、請求項１に記載の睡眠無呼吸測定装置。

【請求項3】

前記第１電流注入モジュールおよび前記第２電流注入モジュールのいずれかは、
前記選択された電極対と周波数を選択し、前記選択された周波数に応じた電圧信号を生成して電流に変換し、前記選択された電極対を介して前記被験者の顔と首、前記胸部に前記変換された電流をそれぞれ注入することを特徴とする、請求項２に記載の睡眠無呼吸測定装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記複数の第１電極の内、選択されない電極及び前記複数の第２電極の内、選択されない電極から前記注入される電流に応じて、誘起された（induced）電圧を測定する電圧測定モジュールと、
前記測定された電圧に基づいてインピーダンスデータを獲得するインピーダンスデータ獲得モジュールと、
前記獲得されたインピーダンスデータに信号分離アルゴリズムを適用して、前記上氣道インピーダンスデータ及び前記胸部インピーダンスデータからノイズを分離するアルゴリズム機能モジュールと、
前記上氣道インピーダンスデータ及び前記胸部インピーダンスデータに基づいて上氣道映像と胸部映像を映像化する映像生成モジュール
をさらに含む、請求項２に記載の睡眠無呼吸測定装置。

【請求項5】

前記電圧測定モジュールは、
前記測定された電圧の傾きに基づいて前記測定された電圧に含まれたノイズを除去し、前記測定された電圧の傾きがしきい値を超える場合、前記しきい値を超える区間の電圧を既設定された電圧値に代替し、
前記インピーダンスデータ獲得モジュールは、
前記ノイズが除去された電圧に基づいて前記インピーダンスデータを獲得することを特徴とする、請求項４に記載の睡眠無呼吸測定装置。

【請求項6】

前記アルゴリズム機能モジュールは、
前記獲得されたインピーダンスデータにＩＣＡ（Independent Component Analyses）アルゴリズムである前記信号分離アルゴリズムを適用して、互いに異なる前記上氣道インピーダンスデータ及び前記胸部インピーダンスデータからノイズを分離し、前記上氣道インピーダンスデータ及び前記胸部インピーダンスデータのそれぞれに信号の大きさの復元アルゴリズムを適用して原信号の大きさを得て、
前記上氣道インピーダンスデータは上氣道の開閉に関係し、かつ前記胸部インピーダンスは肺内の空気分布に関係することを特徴とする、請求項５に記載の睡眠無呼吸測定装置。

【請求項7】

前記制御部は、
前記複数の第１電極と前記複数の第２電極の各々での少なくとも一つ以上の電極対の選択を制御し、前記選択されない電極の選択を制御し、前記被験者の生体信号のセンシングを制御する制御モジュール
をさらに含む、請求項４に記載の睡眠無呼吸測定装置。

【請求項8】

前記被験者の生体信号をセンシングする感知部
をさらに含む、請求項１に記載の睡眠無呼吸測定装置。

【請求項9】

前記無呼吸の診断部は、
前記上氣道映像に基づいて、時間に応じた上気道の開閉変化、程度、及び形状の内、少なくとも一つを定量化し、前記胸部映像に基づいて、時間に応じた肺内部の空気分布の変化、程度、及び形状の内、少なくとも一つを定量化することを特徴とする、請求項８に記載の睡眠無呼吸測定装置。

【請求項10】

前記無呼吸の診断部は、
前記上氣道映像及び前記胸部映像における前記定量化された結果と、前記感知部からセンシングされた前記生体信号を用いて閉塞性無呼吸、中枢性無呼吸及び複合性無呼吸の内、少なくともいずれか一つの無呼吸症状を診断する、請求項９に記載の睡眠無呼吸測定装置。

【請求項11】

前記複数の第１電極と前記複数の第２電極は、単純な電極または複合電極の内、少なくともいずれか一つであり、フレキシブル（Flexible）な弾性材質で構成されたベースプレートの一面に配列され、前記上氣道及び前記胸部のそれぞれに取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の睡眠無呼吸測定装置。

【請求項12】

被験者の睡眠無呼吸を測定する睡眠無呼吸測定装置の作動方法であって、
複数の第１電極と複数の第２電極の各々での少なくとも一つ以上の選択された電極対に電流を選択的に供給する段階と
前記複数の第１電極と前記複数の第２電極の内、選択されない電極を介して電圧を測定する段階と
前記測定された電圧に応じたインピーダンスデータを獲得する段階と、
前記獲得されたインピーダンスデータに信号分離アルゴリズムを適用して、互いに異なる、上氣道インピーダンスデータと胸部インピーダンスデータを分離する段階と
前記上氣道インピーダンスデータ及び前記胸部インピーダンスデータに基づいて上氣道映像と胸部映像を映像化する段階と、
前記映像化された上氣道映像と胸部映像を定量化して無呼吸に関する情報を表示する段階と、
を含み、
前記複数の第１の電極は上氣道電極ベルトに配置され、前記上氣道電極ベルトは測定しようとする被験者の顔と首の周囲に沿って直接的に取り付けられ、
前記複数の第２の電極は胸部電極ベルトに配置され、前記胸部電極ベルトは測定しようとする被験者の胸部の周囲に沿って直接的に取り付けられ、
前記上氣道映像は前記上氣道の内部映像であり、前記胸部映像は前記胸部の内部映像である、睡眠無呼吸測定装置の作動方法。

【請求項13】

前記電流を選択的に供給する段階は、
前記複数の第１電極の内、選択された電極対と前記複数の第２電極の内、選択された電極対、及び周波数を選択し、前記選択された周波数に応じた電圧信号を生成して電流に変換し、前記選択された電極対を介して前記被験者の顔首と、前記胸部に前記変換された電流をそれぞれ注入することを特徴とする、請求項１２に記載の睡眠無呼吸測定装置の作動方法。

【請求項14】

前記データを分離する段階は、
前記獲得されたインピーダンスデータにＩＣＡ（Independent Component Analyses）アルゴリズムである前記信号分離アルゴリズムを適用して、互いに異なる前記上氣道インピーダンスデータ及び前記胸部インピーダンスデータからノイズを除去する、請求項１２に記載の睡眠無呼吸測定装置の作動方法。

【請求項15】

前記映像化する段階は、
復元された前記上氣道インピーダンスデータ及び前記胸部インピーダンスデータから前記上氣道映像及び前記胸部映像を映像化する、請求項１４に記載の睡眠無呼吸測定装置の作動方法。

【請求項16】

前記被験者の生体信号をセンシングする段階
をさらに含む、請求項１２に記載の睡眠無呼吸測定装置の作動方法。

【請求項17】

前記無呼吸に関する情報を表示する段階は、
前記上氣道映像及び前記胸部映像からの定量化された結果と、前記センシングされた生体信号を用いて閉塞性無呼吸、中枢性無呼吸及び複合性無呼吸の内、少なくともいずれか一つの無呼吸症状に関する情報を表示することを特徴とする、請求項１６に記載の睡眠無呼吸測定装置の作動方法。

【請求項18】

第１２項乃至第１７項の内、いずれか一項の方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、睡眠無呼吸測定装置及びその方法に関し、さらに具体的には、被験者の、上氣道と胸部それぞれでのインピーダンスデータに応じた映像に基づいて無呼吸を診断し、その治療に必要な情報を提供する睡眠無呼吸測定装置及びその方法に関する。

【背景技術】

【0002】

睡眠無呼吸は心臓病、肥満、疲労と眠気による事故などを誘発する深刻な保健医療問題であり、世界的に平均寿命の増加と肥満人口の増加により、その対象者が増えている傾向にある。

【0003】

睡眠時無呼吸症の診断には、睡眠ポリグラフ検査（ＰＳＧ、polysomnography）が主に使用され、睡眠ポリグラフ検査を行う医療機関は、別の検査室で脳波などを含む多数の生体信号測定器と映像監視機器などを設置し、別の睡眠技師を通じて運営している。
睡眠時無呼吸症の種類には、閉塞性無呼吸（obstructive apnea）、中枢性無呼吸（central apnea）及び複合性無呼吸がある。

【0004】

閉塞性睡眠時無呼吸は、睡眠中に上気道を介した空気の流れの障害により頻繁覚醒と血中酸素飽和濃度の低下が繰り返し示される睡眠呼吸障害を指しており、成人の場合は、少なくとも１０秒以上の期間の間、呼吸の振幅が基底呼吸振幅に比べて９０％以上減少した状態が平均１時間で５回以上示されながら、同時に、呼吸の努力が維持されるか増加している場合に定義される。

【0005】

また、中枢性睡眠時無呼吸は、脳または神経系のさまざまな原因で発生する無呼吸の症状として、１０秒以上無呼吸がありながら、同時に呼吸の努力がない場合に定義される。

【0006】

このような、睡眠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多様の種類のセンサを身に付けて睡眠を取って、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、睡眠無呼吸の診断に必要な情報を医師に提供する。
呼吸と無呼吸の定義は、下記の参考文献を介して裏付けられる。

【0007】

(参考文献: Panossian LA, Avidan AY. Review of sleep disorders. Med Clin North Am 2009;93(2):407~25/ Woodson BT, Franco R. Physiology of sleep disordered breathing. Otolaryngol Clin North Am 2007;40(4):691~711/ Coleman J. Overview of sleep disorders: where does obstructive sleep apnea syndrome fit in? Otolaryngol Clin North Am 1999;32(2):187~93/ Redline S, Strohl KP. Recognition and consequences of obstructive sleep apnea hyponea syndrome. Otolaryngol Clin North Am 1999;32(2):303~31/ Thakkar K, Yao M. Diagnostic studies in obstructive sleep apnea. Otolaryngol Clin North Am 2007;40(4):785~805.)

【0008】

ここで、睡眠ポリグラフ検査とは、睡眠中に脳波、安全度（目の動き）、あご筋電図、心電図、足筋電図、いびき、胸部−腹呼吸の動き、血中の酸素飽和濃度、呼吸器類（airflow）、体の姿勢などの睡眠時の身体に示されるさまざまな生理的な信号を同時記録（同期化）して睡眠状態の評価や睡眠疾患の診断に必要な客観的なデータを提供する検査である。

【0009】

ただし、睡眠ポリグラフ検査を用いて、正常呼吸または無呼吸、睡眠の質などの総合的な評価が可能であるが、多くのセンサを取り付け、特別な測定空間内で測定を行うべき制約が存在する。

【0010】

また、上気道で音圧によって発生される閉塞性無呼吸を発生させる原因の判断が人によって異なる肺機能に応じて発生することがあるので、無呼吸の実際の人体への影響度を分析するのに、制約がある。

【0011】

気道の閉鎖で発生される閉塞性無呼吸と神経系異常に発生する中枢性無呼吸は、互いに異なる治療法を必要とし、中枢性無呼吸の場合にも、上気道が閉鎖される場合があるので、これに対する正確な鑑別が要求される。

【0012】

呼吸の意志の有無に応じて、これを鑑別することは正確性が不足し、気道から肺の内部に至る空気の流れの変化と一緒に呼吸意志を同時的に解釈することが必要である。

【0013】

これにより、実際、肺の内部に流入される空気の流れの変化を観察することが、より直接的な睡眠無呼吸と低呼吸を観察するために必要であり、正確な診断（原因）による治療計画を立てるのに用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】米国特許第６，０１５，３８９号（発明の名称：Impedance pneumography）

【特許文献2】米国特許第８，２４９，６８６号（発明の名称：Adherent device for sleep disordered breathing）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明は、上気道と胸部それぞれに取り付けられた電極によるＥＩＴ（Electrical Impedance Tomography）方法を適用して、上気道映像による上気道開閉と同時に、胸部映像による肺内の空気分布を測定する睡眠無呼吸測定装置及びその方法を提供しようとする。

【0016】

また、本発明は、上気道開閉に伴う肺内部の空気分布を映像化して閉塞性無呼吸、中枢性無呼吸及び複合性無呼吸の内、少なくともいずれか一つの無呼吸を診断し、それに伴う治療計画を打ち立てる睡眠無呼吸測定装置及びその方法を提供しようとする。

【0017】

また、本発明は、測定される互いに異なる信号の干渉を抑制し、アルゴリズムの面で、それぞれの領域別変化の信号成分のみを分離する信号処理技法を適用して、上氣道と胸部それぞれの正確な映像を提供する睡眠無呼吸測定装置及びその方法を提供しようとする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置は、電流注入及び電圧感知のための複数の第１電極が形成され、測定しようとする被験者の顔と首の周りに沿って取り付けられる、上氣道電極部、電流注入及び電圧感知のための複数の第２電極が形成され、測定しようとする被験者の胸部の周りに沿って取り付けられる胸部電極部、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極の各々の少なくとも一つ以上の選択された電極対に電流を選択的に供給し、選択されない電極を介して電圧を測定し、前記測定された電圧に応じたインピーダンスデータから、上氣道インピーダンスデータと胸部インピーダンスデータを分離して映像化する制御部と、前記映像化された上氣道映像と胸部映像を定量化して無呼吸を診断する無呼吸の診断部を含む。
本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置は、前記被験者の生体信号をセンシングする感知部をさらに含むことができる。

【0019】

本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置を用いて被験者の睡眠無呼吸を測定する方法は、被験者の顔と首の周りに沿って取り付けられた複数の第１電極と被験者の胸部の周りに沿って付着された複数の第２電極の各々の少なくとも一つ以上の選択された電極対に電流を選択的に供給するステップと、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極の内、選択されない電極を介して電圧を測定するステップと、前記測定された電圧に応じたインピーダンスデータを獲得するステップと、前記獲得されたインピーダンスデータに信号分離アルゴリズムを適用して、互いに異なる、上氣道のインピーダンスデータと胸部インピーダンスデータを分離するステップと、前記上氣道インピーダンスデータ及び前記胸部インピーダンスデータに基づいて上氣道映像と胸部映像を映像化するステップと、前記映像化された上氣道映像と胸部映像を定量化して無呼吸を診断するステップを含む。

【0020】

本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置を用いて被験者の睡眠無呼吸を測定する方法は、前記被験者の生体信号をセンシングする段階をさらに含むことができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明の実施形態に係ると、上氣道及び胸部それぞれに取り付けられた、電極によるＥＩＴ（Electrical Impedance Tomography）方法を適用して、上氣道映像による上氣道開閉と、同時に、胸部映像による肺内の空気分布を測定することができる。

【0022】

また、本発明の実施形態に係ると、上氣道開閉に伴う肺内部の空気分布を映像化して閉塞性無呼吸、中枢性無呼吸及び複合性無呼吸の内、少なくともいずれか一つの無呼吸を診断し、それに伴う治療計画を打ち立てることができる。

【0023】

また、本発明の実施形態に係ると、測定される互いに異なる信号の干渉を抑制し、アルゴリズムの面で、それぞれの領域別変化の信号成分のみを分離する信号処理技法を適用して、上氣道と胸部それぞれの正確な映像を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置の構成を説明するために示すブロック図である。

【図2a】図２ａは、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置の実施形態を示したものである。

【図2b】図２ｂは、上氣道電極部と胸部電極部の概略的な図面を示すものである。

【図3a】図３ａは、図２ｂに示された睡眠無呼吸測定装置に採用された複合電極を概略的に示したものである。

【図3b】図３ｂは、図２ｂに示された睡眠無呼吸測定装置に採用された複合電極を概略的に示したものである。

【図4a】図４ａは、電極ベルトを概略的に示したものである。

【図4b】図４ｂは、電極ベルトを概略的に示したものである。

【図4c】図４ｃは、電極ベルトを概略的に示したものである。

【図4d】図４ｄは、電極ベルトを概略的に示したものである。

【図4e】図４ｅは、電極ベルトが被験者の人体に取り付けられた例を示すものである。

【図5a】図５ａは、本発明の実施形態に係る信号分離アルゴリズムを適用してインピーダンスデータを分離する例を説明するために示したものである。

【図5b】図５ｂは、本発明の実施形態に係る信号分離アルゴリズムを適用してインピーダンスデータを分離する例を説明するために示したものである。

【図6a】図６ａは、被験者の上気道の経時測定データ及び映像を示したものである。

【図6b】図６ｂは、被験者の上気道の経時測定データ及び映像を示したものである。

【図7a】図７ａは、被験者の胸部で呼吸区間と無呼吸区間で映像化したインピーダンスデータから数値化した区間に応じた測定データ及びいびき音データと胸部インピーダンス映像を示したものである。

【図7b】図７ｂは、被験者の胸部で呼吸区間と無呼吸区間で映像化したインピーダンスデータから数値化した区間に応じた測定データ及びいびき音データと胸部インピーダンス映像を示したものである。

【図8a】図８ａは、無呼吸区間における上氣道映像と胸部映像の変化を示したものである。

【図8b】図８ｂは、無呼吸区間における上氣道映像と胸部映像の変化を示したものである。

【図9】図９は、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置を用いて被験者の睡眠無呼吸を測定する方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、添付図面及び添付図面に記載された内容を参照して本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明が実施形態により制限されたり限定されるものではない。

【0026】

本明細書で使用される用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限するものではない。本明細書においては、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/または「含んでいる（comprising）」は、言及された構成要素、ステップ、動作、及び/または素子は、１つ以上の他の構成要素、ステップ、動作、及び/または素子の存在または追加を排除しない。

【0027】

本明細書で使用される「実施形態」、「例」、「側面」、「例示」などは、記述された任意の様態（aspect）または設計が他の様態または設計よりも良好であるか、利点があると解釈されるべきものではない。

【0028】

また、「または」という用語は、排他的論理和「exclusive or」というよりは含む的な論理和」inclusive or」を意味する。つまり、異なるように言及しない限り、または文脈から明らかでない限り、「ｘがａまたはｂを利用する」という表現は、含む的な自然順列の（natural inclusive permutations）内、いずれか１つを意味する。

【0029】

また、本明細書及び請求項において使用される単数表現（「ａ」または「ａｎ」）は、異なるように言及しない限り、または単数形のものと文脈から明らかでない限り、一般的に「１つ以上」を意味すると解釈されるべきである。

【0030】

また、本明細書及び請求項において使用される第1、第2などの用語は、様々な構成要素を説明するために使用することがあるが、前記構成要素は、前記用語によって限定されてはならない。前記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別するためにのみ使用される。

【0031】

他の定義がないと、本明細書で使用されるすべての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に共通的に理解することができる意味で使用されることができる。また、一般的に使用される事前に定義されている用語は明白に特別に定義されていない限り、理想的または過度に解釈されない。

【0032】

一方、本発明を説明するに当たって、関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にすると判断された場合には、その詳細な説明を省略することがある。それと、本明細書で使用される用語（terminology）は、本発明の実施形態を適切に表現するために使用される用語として、これは、ユーザ、運用者の意図または本発明が属する分野の慣例などによって変わることがある。したがって、本用語の定義は、本明細書全般にわたった内容に基づいてしなければならない。
図１は、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置の構成を説明するために示すブロック図である。

【0033】

図１を参照すると、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置１００は、被験者の顔と首周りに取り付けられた上氣道電極と胸部の周りに取り付けられた胸部電極から測定されたインピーダンスデータを映像化して無呼吸を診断する。

【0034】

このため、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置１００は、上氣道の電極部１１０、胸部電極部１２０、制御部１３０及び、無呼吸診断部１５０を含む。
上氣道の電極部１１０は、電流注入及び電圧感知のための複数の第１電極が形成され、測定しようとする被験者の顔と首の周りに沿って取り付けられる。
前記複数の第１電極は、被験者の顔と首の周りに沿って取り付けられて上気道のインピーダンスデータを測定するためのＥＩＴの電極で有り得る。

【0035】

前記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被験者の顔と首周りに取り付けられることができる。

【0036】

また、ＥＩＴ電極は、ユーザ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ために使用され、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閉鎖時、その形態と閉鎖の原因となる構造的変化を検出するために使用することができる。
胸部電極部１２０は、電流注入及び電圧感知のための複数の第２電極が形成され、測定しようとする被験者の胸部の周りに沿って取り付けられる。
前記複数の第２電極は、被験者の胸部に応じて取り付けられて、肺の内部のインピーダンスデータを測定するためのＥＩＴの電極で有り得る。
前記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被験者の胸部の周りに付けられることができる。

【0037】

また、ＥＩＴ電極は、ユーザ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ために使用され、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胸部（肺）の形態を検出するために使用することができる。
また、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極は、単純電極または複合電極の内、少なくともいずれか１つで有り得る。

【0038】

制御部１３０は、複数の第１電極と複数の第２電極の各々での少なくとも一つ以上の選択された電極対に電流を選択的に供給し、選択さない電極を介して電圧を測定し、測定された電圧によるインピーダンスデータから、上氣道インピーダンスデータと胸部インピーダンスデータを分離して映像化する。

【0039】

このため、本発明の実施形態に係る制御部１３０は、第１電流注入モジュール１３１、第２電流注入モジュール１３２、電圧測定モジュール１３３、インピーダンスデータ獲得モジュール１３４、アルゴリズム機能モジュール１３５、映像生成モジュール１３６及び制御モジュール１３７をさらに含むことができる。

【0040】

第１電流注入モジュール１３１は、被験者の顔と首周りに付着された複数の第１電極の内、少なくとも一つの選択された電極対を介して、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。

【0041】

第２電流注入モジュール１３２は、被験者の胸部に取り付けられた複数の第２電極の内、少なくとも一つの選択された電極対を介して、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。

【0042】

実施形態にしたがって、第１電流注入モジュール１３１と、第２電流注入モジュール１３２は、選択された電極対と周波数を選択し、選択された周波数に応じた電圧信号を生成して電流に変換し、選択された電極対を介して被験者の顔及び首と胸部に変換された電流をそれぞれ注入することができる。

【0043】

他の実施形態にしたがって、第１電流注入モジュール１３１と、第２電流注入モジュール１３２は、周波数の異なる二つの電圧信号を二電流に変換して、それぞれ注入したり、複数の第１電極の内、電流を注入する電極の位置と最も遠い複数の第２電極の内、電極対を選択して、電流を注入することもできる。

【0044】

他の実施形態にしたがって、複数の第１電極の内、１つ以上の電極対を選択して、互いに異なる周波数の電流を同時に注入し、複数の第２電極の内、対称的な電極対に互いに異なる周波数の電流を同時に注入することもある。

【0045】

すなわち、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置１００は、周波数分離（frequency multiplexing）方法と注入電極の位置を相対的に距離が離れた電極を選定することにより、複数の電極間の信号の間の干渉を削減する空間分離（spatial multiplexing）方法を適用することができる。

【0046】

電圧信号を位相が互いに異なる二電流に変換し、振幅と周波数が同じになるよう二電流を校正し、選択された電極対を介して被験者の顔及び首と胸部に校正された二電流をそれぞれ注入することもできる。

【0047】

電圧測定モジュール１３３は、複数の第１電極の内、選択されない電極と複数の第２電極の内、選択されない電極から注入される電流に応じて、誘起された（induced）電圧を測定することができる。

【0048】

例えば、電圧測定モジュール１３３は、測定された電圧の傾きに基づいて検出された電圧に含まれたノイズを除去し、検出された電圧の傾きが既に設定されたしきい値を超える場合、しきい値を超える区間の電圧を既設定された電圧値に置き換えることができる。
インピーダンスデータ獲得モジュール１３４は、測定された電圧に基づいてインピーダンスデータを獲得することができる。

【0049】

例えば、インピーダンスデータ獲得モジュール１３４は、注入された電流によって誘起された電圧差信号を複数の第１電極と複数の第２電極の内、選択されない電極を介して獲得し、被験者の顔と首周りと、胸部の周り及び電極の位置に応じたインピーダンスデータを獲得することができる。

【0050】

アルゴリズム機能モジュール１３５は、獲得されたインピーダンスデータに信号分離アルゴリズムを適用して、上氣道インピーダンスデータと胸部インピーダンスデータを分離し、分離された、上氣道インピーダンスデータと胸部インピーダンスデータのサイズを復元することができる。

【0051】

以下においては、図５ａ及び図５ｂを参照して、本発明の実施形態に係る信号分離アルゴリズムを適用してインピーダンスデータを分離する過程について詳細に説明する。
図５ａ及び図５ｂは、本発明の実施形態に係る信号分離アルゴリズムを適用してインピーダンスデータを分離する例を説明するために示したものである。

【0052】

さらに詳細には、図５ａは、信号分離アルゴリズムを適用してインピーダンスデータを分離する例を説明するために示したものであり、図５ｂは、分離されたインピーダンスデータのそれぞれを原信号の大きさに復元する例を説明するために、示したものである。

【0053】

図５ａを参照すると、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置１００は、上氣道の電極部１１０から被験者の顔と首の周りに応じた電圧を測定し、胸部電極部１２０から被験者の胸部周りに応じた電圧を測定する。

【0054】

これに従って、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置１００は、被験者の顔と周りに応じた電圧と、胸部の周りに応じた電圧の互いに異なる独立信号が混ざった複合信号を受信することになる。

【0055】

例えば、正常な呼吸区間では、大きさの変化が一定の空気の流れによって信号が胸部で測定されるため、上氣道の領域でのインピーダンスの変化はないが、睡眠無呼吸が発生した区間では、上氣道の領域のインピーダンスの変化が発生して胸部からの肺内部の空気の流れによる信号が正常に比べて減少したり、消えることができる。

【0056】

このとき、本発明の実施形態に係るアルゴリズム機能モジュール１３５は、多様の種類の互いに異なる独立信号と生体同ノイズとシステムノイズが混ざった複合信号に信号を分離するアルゴリズムであるＩＣＡ（Independent component analyses）アルゴリズムを適用して、上氣道および胸部それぞれに応じた独立信号を分離することができる。

【0057】

さらに詳細には、本発明の実施形態に係るアルゴリズム機能モジュール１３５は、被験者の顔と首周りから測定された電圧と、被験者の胸部の周りから測定された電圧が含まれたインピーダンスデータにおいて、特性情報（上氣道インピーダンスデータと胸部インピーダンスデータ）だけを獲得するために、信号のホワイトニング（Signal Whitening）と信号ディコムポージング（Signal Decomposing）を適用するＩＣＡアルゴリズムを適用することができる。

【0058】

以後、本発明の実施形態に係るアルゴリズム機能モジュール１３５は、ＩＣＡアルゴリズムに介して分離しようとする信号の独立性が最大化される信号分離行列を算出し、信号分離行列を用いて、複合信号から互いに異なる独立信号を抽出しノイズ信号を除去することができる。

【0059】

図５ｂを参照すると、本発明の実施形態に係るアルゴリズム機能モジュール１３５は、ＩＣＡアルゴリズムを用いて分離された独立信号の大きさを原信号の大きさに補償するために、信号の大きさを、復元アルゴリズムを適用して独立信号と原信号との間の信号の大きさの復元変数を算出することができる。

【0060】

以後、本発明の実施形態に係るアルゴリズム機能モジュール１３５は、算出された復元変数を用いて、それぞれの独立した信号を原信号の大きさに復元することができる。

【0061】

さらに詳細には、本発明の実施形態に係るアルゴリズム機能モジュール１３５は、分離された独立信号

のそれぞれに信号の大きさの復元アルゴリズムである下記の［数式１]を適用して信号の大きさが復元された独立信号

を獲得することができる。
［数式１]

ここで、ａ及びｂは、信号の大きさの復元変数を意味し、ｘは独立信号を意味し、ｙは原信号を意味する。

【0062】

すなわち、本発明の実施形態に係るアルゴリズム機能モジュール１３５は、周波数または電流を注入する電極対の位置に応じた電圧データに加重値を適用し、加重値が付与されたデータに測定周波数または位置に応じて分類された固有番号またはデータに分離する方法を介して、被験者の上気道と胸部で測定したインピーダンスデータを分離することができる。

【0063】

再び図１を参照すると、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置１００の映像生成モジュール１３６は、復元された上氣道のインピーダンスデータと胸部インピーダンスデータに基づいて上氣道映像と胸部映像を映像化することができる。

【0064】

例えば、映像生成モジュール１３６は、測定された上氣道のインピーダンスデータと胸部インピーダンスデータ値に被験者の導電率と誘電率の映像を復元して、上氣道映像と胸部映像を映像化することができる。

【0065】

具体的には、映像生成モジュール１３６は、被験者の上氣道と胸部の映像化のために、複数の第１電極と複数の第２電極が有する測定プロトコルを有することにより、上氣道電極部１１０と胸部電極部１２０の位置に応じた感度と解像度を制御することもできる。このような多数の測定プロトコルを用いた測定値又はその組み合わせと、上氣道電極部１１０と胸部電極部１２０を介して生成した３次元モデリング映像で改善した感度行列を用いて、被験者の上気道及び胸部の内部の導電率と誘電率の映像つまり、インピーダンス映像である上氣道映像と胸部映像を生成することができる。

【0066】

制御モジュール１３７は、複数の第１電極と複数の第２電極の各々の少なくとも一つ以上の電極対の選択を制御し、選択されない電極の選択を制御し、被験者の生体信号のセンシングを制御することができる。

【0067】

制御モジュール１３７は、被験者の上氣道と胸部の内、少なくとも１つのインピーダンスデータを測定するように、第１電流注入モジュール１３１と、第２電流注入モジュール１３２を制御することができ、被験者の測定対象部位の生体信号を測定するように感知部１４０を制御することができる。

【0068】

また、制御モジュール１３７は、被験者の上氣道と胸部の内、少なくとも１つの垂直方向と水平方向のインピーダンスを測定するために電圧測定モジュール１３３、インピーダンスデータ獲得モジュール１３４、アルゴリズム機能モジュール１３５及び映像生成モジュール１３６の内、少なくともいずれか一つ以上のモジュールを制御することもできる。

【0069】

また、制御モジュール１３７は、検出された睡眠無呼吸の診断に基づく情報をユーザに表示して提供するようにユーザインターフェース部（図示せず）を制御することができ、通信部（図示せず）から外部に伝送するように制御することもできる。

【0070】

本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置１００の被験者の上氣道映像と胸部映像を獲得するための前記インピーダンス断層撮影（ＥＩＴ）の方法を説明すると、次の通りである。

【0071】

本発明の実施形態に係る制御部１３０は、コマンドに応じたチャネルと正弦波の周波数を選択し、選択したチャンネルに対応する上氣道電極部１１０と胸部電極部１２０からの一対の電極を選択する。選択された一対の電極は、被験者の顔と首に対応する、上氣道及び胸部に電流を注入する用途で使用され、選択されない電極は、被験者の表面の電圧を測定する用途で使用される。

【0072】

前記チャンネルと正弦波の周波数が選択されると、制御部１３０は、ＦＰＧＡ（図示せず）を制御するための制御信号を出力する。前記制御信号は、選択された周波数についての情報を含むことができる。

【0073】

ＦＰＧＡは制御信号を受信及び格納し、受信した制御信号に基づいて正弦波電圧信号を生成する。特にＦＰＧＡは制御信号に含まれた周波数情報に基づいて電圧信号を生成し、生成された電圧信号を二つの１６ｂｉｔ Ｄ/Ａコンバータ（図示せず）に伝送する。このとき、ＦＰＧＡは１６ｂｉｔ Ｄ/Ａコンバータに伝送された電圧信号の振幅を調整するために８ｂｉｔ Ｄ/Ａコンバータ（図示せず）を制御する。以後、二つの１６ｂｉｔ Ｄ/Ａコンバータに出力された電圧信号は、電圧‐電流コンバータ（図示せず）によって電流に変換され、２電流は校正器（図示せず）に伝送される。校正器（図示せず）は、振幅と周波数が同じになるよう二電流を調整する。ここで、前記二電流は１８０度の位相差を有する。

【0074】

本発明の実施形態に係る制御部１３０の制御モジュール１３７は、上氣道インピーダンスと胸部インピーダンスの同時測定のために、第１電流注入モジュール１３１と、第２電流注入モジュール１３２の周波数と位相差を異なるように設定することができ、同時に注入される電極の位置を制御して相互干渉を最小化する周波数分離（frequency multiplexing）と空間分離（spatial multiplexing）方法を適用することができる。

【0075】

加えて、制御部１３０の制御モジュール１３７は、校正器を通過した二電流が上氣道電極部１１０と胸部電極部１２０からの選択された電極対にそれぞれ伝送されるように、第１電流注入モジュール１３１及び第２電流注入モジュール１３２を制御する。

【0076】

被験者の顔と首周り、及び胸部の周りに注入された電流は、内部組織の抵抗率または導電率の差に応じて、その表面に互いに異なるサイズの電圧を誘導（induce）することになる。上氣道の電極部１１０と胸部電極部１２０から選択されない電極が被験者の顔と首周りの表面及び胸部の周りの表面電圧を感知すると、電圧測定モジュール１３３は、選択されない電極に対応する感知された表面電圧を受信する。

【0077】

以後、電圧測定モジュール１３３は、感知された表面電圧データの傾きに基づいて、表面電圧データにノイズが含まれたかを判断した後、ノイズが含まれた場合、その電圧データを異なる電圧値に置き換える。また、制御モジュール１３７は、電圧データの最大値に基づいて電圧アンプ（図示せず）の利得を調整する。例えば、制御モジュール１３７は、電圧データの最大値がＡ/Ｄコンバータ（図示せず）最大出力の９０％に達すると、電圧アンプの利得を調整せずに、逆に電圧データの最大値がＡ/Ｄコンバータ最大出力の９０％に満たない場合、電圧アンプの利得を大きくする。

【0078】

電圧データからノイズが除去され、電圧アンプの利得が調整されると、電圧測定モジュール１３３は、調整された利得値に基づいて電圧データを増幅させ、Ａ/Ｄコンバータは、電圧データをデジタル値に変換する。

【0079】

以後、インピーダンスデータ獲得モジュール１３４は、チャンネル情報と利得情報に基づいて、チャンネル別利得情報を考慮して、電圧データを処理する。利得値が互いに異なるため、検出された電圧データをそのまま使用すると、被験者の上氣道と胸部の内部の電気的特性を正確に表現することが難しいからである。したがって、利得値に応じて、電圧値を差し引いたり、増大させなければならない。例えば、利得値が基準利得値よりさらに大きければ、その電圧値を減らし、利得値と基準利得値の比率を、その電圧値と乗算することができる。

【0080】

これにより、インピーダンスデータ獲得モジュール１３４は、チャンネル別利得情報を考慮して、電圧データを処理した後、電圧データを用いて、インピーダンスデータを獲得することができる。

【0081】

以降、アルゴリズム機能モジュール１３５は、インピーダンスデータから、上氣道のインピーダンスデータと胸部インピーダンスデータを分離し、映像生成モジュール１３６は、上氣道インピーダンスデータと胸部インピーダンスデータから被験者の、上氣道と胸部の内部を映像化する。ただし、被験者の上氣道と胸部の表面の電圧データを用いて、測定対象（上氣道または胸部）の内部を映像化するための様々な方法が適用されることができる。

【0082】

また、映像生成モジュール１３６は、被験者の下顎と胸郭の形態に係る３次元復元モデルを形成するために、電極に位置したマーカーを用いて光学的映像装置と長さ測定装置を用いて、外形情報を獲得することができ、これを用いた復元アルゴリズムを生成することができる。
ここで、復元アルゴリズムは、３次元映像を復元するためのアルゴリズムとして一般的に使用されるアルゴリズムが適用されることができる。
本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置１００は、被験者の生体信号をセンシングする感知部１４０をさらに含むことができる。

【0083】

例えば、感知部１４０は、複数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ユーザの生体信号をセンシング（sensing）する機能を実行することができる。

【0084】

実施形態にしたがって、感知部１４０は、被験者の睡眠状態の時、測定対象部位に応じた動脈血の血中酸素飽和度（ＳｐＯ２）の信号を測定する血中酸素飽和度測定センサ、被験者の生体活動に伴う音を感知する音感知センサ、被験者の動きを感知する姿勢測定センサ、及び測定対象部位の心電図を測定する心電図測定センサの内、少なくともいずれか一つを含むことができる。

【0085】

ここで、血中酸素飽和度測定センサは、被験者の測定対象部位に取り付けられて、血液を構成している様々の成分の内、ヘモグロビン内に存在する酸素の含有量を示す血中酸素飽和度（ＳｐＯ２、Saturation of peripheral Oxygen）を測定するもので有り得る。

【0086】

実施形態にしたがって、血中の酸素飽和度測定センサは、光を用いて、反射されたり透過した被験者の人体の光容積脈波（ＰＰＧ、Photoplethysmography）に関する信号を測定し、測定された光容積脈波の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。

【0087】

また、音感知センサは、睡眠に伴う呼吸、いびき、泣き及び寝言の内、少なくともいずれか一つの音を感知することができ、実施形態に応じて、 音感知センサは、睡眠時、被験者の測定対象部位に取り付けられたり被験者から一定の距離だけ離れて存在する非‐接触の形態で有り得る。

【0088】

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内、少なくともいずれか一つから形成されることができ、被験者の測定対象部位に取り付けられて被験者の動きに応じた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、被験者の睡眠姿勢の変動を感知し、例えば、被験者が睡眠中に横たわっていたり、あるいは覚醒中に座っていたり立ってい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。

【0089】

また、姿勢測定センサは、被験者の胸部と腹部の上に位置して呼吸による微細な各部位の位置変位を測定することができ、これにより、呼吸の意志を測定することができる。
心電図測定センサは、被験者の測定対象部位に接触されて、心電図（electroencephalogram、ＥＣＧ）を測定することができる。

【0090】

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）によって発生される活動電位（action potential）をベクトル和で構成された波形である。つまり、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）、バンドルブランチ（bundle branch）、プルキンエ線維（furkinje fibers）など発生する活動電位のベクトル合信号を体外に取り付けた電極から測定された信号を称することがある。

【0091】

他の実施形態にしたがって、感知部１４０は、被験者の脳波（ＥＥＧ）、筋電図（ＥＭＧ）、眼球電図（ＥＯＧ）、胸部の芯振動波（ＳＣＧ、Seismocardiography）及び芯弾図法（ＢＣＧ、Ballistocardiography）の内、少なくともいずれか一つ以上を測定することもできる。

【0092】

本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置１００の感知部１４０は、実施形態にしたがって、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、被験者と一定の距離だけ離れたところに位置して睡眠空間の騒音、光、振動、温度及び湿度の内、少なくともいずれか１つを測定することができる。

【0093】

図１を参照すると、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置１００の無呼吸診断部１５０は、映像化された上氣道映像と胸部映像を定量化して無呼吸を診断する。

【0094】

無呼吸診断部１５０は、上氣道の映像に基づいて、時間に応じた上気道の開閉変化、程度、及び形状の内、少なくとも一つを定量化し、胸部映像に基づいて、時間に応じた肺内部の空気分布の変化、程度、及び形状の内、少なくとも一つを定量化することができる。

【0095】

これにより、無呼吸診断部１５０は、上氣道映像及び胸部映像からの定量化された結果と、感知部１４０からセンシングされた生体信号を用いて、被験者の閉鎖性無呼吸、中枢性無呼吸及び複合性無呼吸の内、少なくともいずれか一つの無呼吸の症状を診断することができる。
例えば、無呼吸診断部１５０は、定量化された上氣道映像や胸部映像と、センシングされた生体信号を用いて、被験者の睡眠状態を検出することができる。

【0096】

無呼吸診断部１５０は、定量化された上氣道映像及び胸部映像と、センシングされた生体信号による心電図、心弾図、シーム振動波、胸部及び腹部の動きなどのモポルロジ（morphology）情報から被験者の呼吸または無呼吸の睡眠状態を検出することができる。

【0097】

実施形態にしたがって、無呼吸診断部１５０は、呼吸性同性不整脈（respiratory sinus arrhythmia）と呼ばれる呼吸によって発生する心拍の変化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。従って、無呼吸診断部１５０は、呼吸信号から無呼吸状態を検出することもできる。

【0098】

つまり、無呼吸診断部１５０は、心電図の生体信号と被験者の上氣道及び胸部に対し映像化された上氣道映像と胸部映像を用いて、被験者の呼吸や無呼吸の睡眠状態を検出することができる。

【0099】

また、無呼吸診断部１５０は、無呼吸の睡眠状態を検出する場合、上氣道開閉を示す上氣道映像での、肺内部の空気分布を映像化した胸部映像の比較、及び生体信号を用いて、閉鎖性無呼吸または中枢性無呼吸の睡眠状態を検出することができる。

【0100】

例えば、無呼吸診断部１５０は、上氣道映像及び胸部映像と、生体信号を用いて、被験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度濃度の低下が繰り返し的に示される閉塞性無呼吸症または１０秒以上無呼吸が進行されるが、呼吸の努力がない中枢性無呼吸症の睡眠状態を検出することができる。

【0101】

また、無呼吸診断部１５０は、無呼吸が発生する区間（時間）での上氣道映像と胸部映像を比較して、上氣道の開閉が外部的な原因によって閉鎖される閉鎖性無呼吸、大脳や脳幹に異常が生じ呼吸をコマンドする信号が伝達されなくて呼吸運動を止めるようになって発生される中枢性無呼吸、及び閉塞性無呼吸と中枢性無呼吸のすべてが示される複合性、無呼吸の内、少なくとも一つの無呼吸の症状を診断することができる。
図２ａは、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置の実施形態を示したものであり、図２ｂは、上氣道電極部と胸部電極部の概略図を示すものである。

【0102】

図２ａを参照すると、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置は、被験者の、上氣道とユーザの胸部にそれぞれ取り付けられる、上氣道電極部１１０と胸部電極部１２０を含み、被験者の測定対象部位に取り付けられた感知部１４０を含むことができる。

【0103】

被験者の顔と首周りに取り付けられた上氣道電極部１１０は、ベースプレート３０ａ上に一定の間隔で形成されて上氣道領域周辺の顔の表面に取り付けられ、上気道の開閉のインピーダンスデータを測定することができる。

【0104】

ここで、本発明の実施形態に係る上氣道電極部１１０が形成されたベースプレート３０ａは、マスク型プレート、ベルト型プレート、電極ベルト及びケーブルベルトの内、少なくともいずれか１つで形成されることがあるが、必ずしもこれに限定されない。

【0105】

また、上氣道電極部１１０は、上氣道の領域の周辺の顔の表面に取り付けられた複数の第１電極２０ａを保護するために、複数の第１電極２０ａを包み込む形で構成されたベルトまたはマスク形態の保護具に形成されることができる。

【0106】

このような形態の保護具は、ユーザが自然睡眠時の圧力を感じる程度を減少させるとともに、誘導電圧を測定することが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程度に比べて圧迫感を非常に減少させることができる。従って、このような構造の上氣道電極部１１０を用いて、自然な睡眠状態で長時間ユーザの上氣道が閉鎖するかどうかを容易に測定することができる。

【0107】

実施形態にしたがって、複数の第１電極２０ａは、銀（Ａｇ）メッキされた弾性繊維または高分子ナノ繊維（ＰＶＤＦ nanofiber web）をベースに製作された導電性繊維電極を含むことができるが、実施形態に沿っては長時間の測定のために皮膚反応が少ない様々な材質の電極で形成されることもあるので、これに限定されるものではない。

【0108】

被験者の胸部の周りに取り付けられた胸部電極部１２０は、ベースプレート３０ｂ上に一定距離の間隔を維持して形成され、被験者の胸部に取り付けられて被験者の睡眠状態の時、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。

【0109】

実施形態にしたがって、本発明の実施形態に係る胸部電極部１２０が形成されたベースプレート３０ｂは、ベルト型配列電極の形状に必ずしも限定されない。他にも、自然睡眠時の被験者が感じる圧迫感を最小化しながら、データの測定レベルを高めるための接触レベルを考慮してベストの形、ベルト形状、及びパッチの形態の内、少なくともいずれか一つの形状や構造を有する配列の胸部電極部１２０を含むベースプレート３０ｂも十分に適用することができる。

【0110】

図２ａで、本発明の実施形態に係る上氣道電極部１１０と胸部電極部１２０の複数の電極２０は、ベースプレート３０上に一定の間隔で形成されるか、または測定対象部位（上氣道と胸部）の特性及び活用用途に応じて様々な配列と構造に配置することができる。また、ベースプレート３０は、被験者の、上氣道及び胸部または腹部を含む測定対象部位に巻いた状態でのインピーダンスを測定することができるよう、一定の長さと幅を有することができるが、長さと幅は、実施形態に基づいて変形可能であるから、これに限定されるものではない。

【0111】

また、本発明の実施形態に係る上氣道電極部１１０と胸部電極部１２０は、被験者の上氣道または胸部に取り付けられて、複数の電極２０を２次元または３次元に配列する方式として電極配列構造と測定構造の変更を介して、上氣道または胸部の近くの表面での電界分布を効果的に測定することができる。

【0112】

実施形態にしたがって、ベースプレート３０上に形成された上氣道電極部１１０と胸部電極部１２０は、３次元的に配列で配置され、それぞれの層に対応するインピーダンス測定を可能にすることで、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正確で効果的な診断を図ることができる。

【0113】

本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置の被験者の測定対象部位に取り付けられた感知部１４０は、被験者の測定対象部位に接触されて、生体信号を感知することができる。

【0114】

感知部１４０は、被験者の測定対象部位のどこでも接触されることがあるので、接触される測定対象部位の位置及び数は、図２ａに示されたところに限定されるものではない。

【0115】

実施形態にしたがって、感知部１４０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内、少なくともいずれか一つであることがあり、被験者の人体に取り付けるための繊維ベースのセンサであることがある。また、感知部１４０は、複数のセンサを称することもある。

【0116】

実施形態したがって、前記複数のセンサは、被験者の人体の互いに異なる部位に取り付けることができ、感知部１４０は、前記複数のセンサを総称する構成要素であることがある。

【0117】

また、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置の感知部は、被験者の血中酸素飽和度を測定するためには、指先やつま先の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用いて、酸素飽和度（ＳｐＯ２）の信号を測定することができる。

【0118】

例えば、感知部は指先に挟まれる測定端子形態で構成され、発光部に６６０ｎｍの赤色ＬＥＤと９４０ｎｍの赤外線ＬＥＤで構成され、受光部にはフォトダイオード（photo diode）とフォトトランジスタ（photo transistor）を取り付けした光モジュール（optic module）で構成されることができる。

【0119】

図２ｂを参照すると、本発明の実施形態に係る上氣道電極部１１０と胸部電極部１２０は、複数の電極２０が設けられ、測定しようとする被験者の顔と首周りまたは胸部の周りに沿って装着可能である。このため、上氣道電極部１１０と胸部電極部１２０は、複数の電極２０が用意されるベースプレート３０（以下、電極ベルトと称する）を含む。
以下においては、図３ａ及び図３ｂを参照して、複数の電極２０を含む電極ベルトについて詳細に説明する。
図３ａ及び図３ｂは、図２ｂに示された睡眠無呼吸測定装置に採用された複合電極を概略的に示したものである。

【0120】

図２ｂを再度注意深く見ると、ケーブルベルト６１は、複数の電極２０（以下、複合電極と称する）が固定された電極取り付け穴３１を介して露出されるコネクタ（２２、connecter）に接続される。このとき、ケーブルベルト６１は、複合電極２０に対応して、電流を注入するための複数の接続ケーブル端子６１ａを含むことができる。

【0121】

これにより、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置１００の電圧測定モジュール１３３は、ケーブルベルト６１を介して複合電極２０に注入された電流によって誘起された電圧を測定する。具体的に、ケーブルベルト６１を介して多周波数の電流を生成して大きさと位相を制御しながら、被験者に装着された電極ベルト３０の複数の電極２０に電流を印加する。この際、前記多周波数を有する電流は、複合電極２０の第１電極２１を介して注入され、注入された電流により誘起された電圧差信号を複合電極２０の第２電極２４を利用して獲得する。

【0122】

図３ａを参照すると、複合電極２０は、電流を注入する導電性材質の第１電極２１と、電圧を測定する導電性材質の第２電極２４、ケーブルベルト６１と接続されるボタン形態のコネクタ２２で構成される。第１電極２１は、第２電極２４と比較して相対的に広い面積を有して電流を注入し、第２電極２４は、第１電極２１に比べて相対的に小さい面積を有して電圧を測定し、繰り返される複合電極２０の第２電極２４とケーブルベルト６１上で一対に設けられる。

【0123】

このとき、第１電極２１の平板状を有し、ボタンの形状のコネクタ２２は、第１電極２１及び第２電極２４と接続されて突出するように一対の突起形状を有する。このような複数の複合電極２０のそれぞれの第１及び第２電極２１，２４は、非導電性材質で形成される非伝導体２３を間に置いて電極ベルト３０に設置される。

【0124】

一方、複数の電極２０が、複合電極を含むように図示及び例示されているが、必ずしもこれに限定されず、図３ｂのような単純電極２０ ’を含む変形例も可能である。単純電極２０’の場合、電流の注入または電圧の測定が一つの導電性電極２１’からなり、非伝導体２２ ’に支持される。
また、電極２０、２０’は、柔軟な素材の伝導性繊維または伝導性高分子物質で製作されたり乾式電極形状を有することができる。
図４ａ〜図４ｄは、電極ベルトを概略的に示したものであり、図４ｅは、電極ベルトが被験者の人体に取り付けられた例を示すものである。

【0125】

図４ａを参照すると、電極ベルト３０は、繊維、シリコンのような高分子化合物のような弾性材質で形成され、用意された複数の電極取り付け穴３１の数設置される複数の複合電極２０の数は変更可能である。一方、電極ベルト３０の両端部には、相互に結合される一対の固定部３２が設けられ、被験者の人体の周りに巻かれた状態を相互に固定されて維持させる。

【0126】

本発明の実施形態においては、電極ベルト３０が被験者の測定対象部位である顔と首周りまたは胸部の周りに沿って包まれ両端部に設けられたベルクロ（Velcro）タイプの固定部３２によって相互に固定されるものと図示と例示する。しかし、必ずしもこれらに限定されず、固定部３２がフックタイプなどのような様々な固定手段の内、いずれか一つに採用されることができることは当然である。

【0127】

電極ベルト３０は、図４ｂに示すように、複数の複合電極２０が設置されて被験者に接触される接触面３３と図４ｃに示すように接触面３３に対向して本発明の実施形態に係る制御部１３０の方向に露出される露出面３４を備える。このとき、電極ベルト３０の接触面３３には、複合電極２０の第１電極２１と第２電極２４が露出され、露出面３４には、ケーブルベルト６１と接続されるコネクタ２２が電極取り付け穴３１を介して露出される。さらに、電極ベルト３０の露出面３４には、複数の複合電極２０のそれぞれの情報に対応する多数の色とパターンで形成された表示部４０つまり、マーカー（marker）が複数の複合電極２０にそれぞれ対応するように複数個設けられる。

【0128】

実施形態にしたがって、表示部４０つまり、マーカーは複合電極２０ごとに異なる形で形成されていることがあり、それに伴う互いに異なるチャネル番号もしくはデータの情報が含まれており、表示部４０の認識（感知）に基づいて、電極の位置を確認することができる。

【0129】

図４ｄを参照すると、電極ベルト３０は、被験者の測定対象部位に取り付けられる感知部１４０をさらに含むことができ、感知部１４０が含まれ被験者の表面に取り付けることができる。
感知部１４０の構成は、図１及び図２ａから前術したので、省略する。

【0130】

図４ｅを参照すると、電極ベルトに含まれた複合電極２０は、測定しようとする被験者１の人体周りに沿って３次元配列で配置され、選択される電極対を介して電流を注入し、注入された電流に基づいて印加された電圧を測定し、それぞれの層に対応するインピーダンス測定が可能であるので、特定位置（胸部または上氣道）での３次元的な映像を獲得することができる。
図６ａ及び図６ｂは、被験者の上気道の経時測定データ及び映像を示したものである。
図６ａを参照すると、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置は、被験者の測定対象部位でのセンシングされた生体信号の測定データを示したものである。

【0131】

さらに詳細には、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置は、被験者の血中酸素飽和度（ＳｐＯ２）、酸素流量（Airflow）、サーミスタ（Thermister）、胸郭（Thorax）及び腹部（abdomen）のそれぞれの時間による測定データを収集することができる。

【0132】

これにより、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置は、低呼吸（Hypopnea）または無呼吸（Obstructive apnea）の区間を感知することができ、感知された区間に対応する時間（Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔ１９）を感知することができる。

【0133】

図６ｂを参照すると、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置は、時間（Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔ１９）による上氣道映像を獲得することができるので、低呼吸または無呼吸における上氣道開閉を確認することができる。

【0134】

図６ａ及び図６ｂを参照すると、低呼吸区間であるＴ１乃至Ｔ７における上氣道映像と、無呼吸区間であるＴ１２ないしＴ２０での上氣道映像を比較してみると、低呼吸区間と無呼吸区間での上氣道開閉をより鮮明かつ正確で定量化して確認することができる。

【0135】

図７ａ及び図７ｂは、被験者の胸部で呼吸区間と無呼吸区間で映像化したインピーダンスデータから数値化した区間に応じた測定データといびき音データと胸部インピーダンス映像を示したものである。

【0136】

図７ａを参照すると、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置は、被験者の胸部から感知された電圧に応じた肺ＥＩＴの測定データと感知部からセンシングされたいびき（snoring）信号を示したものである。

【0137】

さらに詳細には、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置は、肺内の空気分布による肺ＥＩＴの測定データと、測定されたいびき信号に基づいて無呼吸（apnea）区間を感知することができる。
図７ｂは感知された無呼吸区間での映像化された胸部映像を示したものである。

【0138】

図７ｂを参照すると、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置は、胸部映像を通して肺の内部の空気分布に応じたエクスプラネイション（expiration:呼気）とインスピレーション（inspiration）を確認することができる。
従って、胸部インピーダンス映像を通じて無呼吸、低呼吸時の肺の内部基底空気量と変化量を映像化することができる。

【0139】

これにより、図７ａ及び図７ｂを参照すると、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置は、映像化された胸部映像、センシングされた生体信号（いびき信号）及び胸部電極部から測定された電圧に基づいて、被験者の無呼吸を判断することができる。
図８ａ及び図８ｂは、無呼吸区間における上氣道映像と胸部映像の変化を示したものである。

【0140】

図８ａは、無呼吸区間（Ａ）での測定された上氣道映像による上氣道開閉の変化を示したものであり、図８ｂは、無呼吸区間（Ａ）での測定された胸部映像による肺内の空気分布の変化を示したものである。

【0141】

さらに詳細には、図８ａの無呼吸区間（Ａ）がない区間で、上氣道映像を注意深く見ると、上気道が開いていることを確認することができる（一番左の上氣道映像である。）正常の状態である場合、常に開いているので映像で変化がないと表示される）。また、無呼吸区間（Ａ）での上気道映像を注意深く見ると、上気道が閉じていることを確認することができ（中央の上氣道映像である。上氣道の閉鎖のために内部組織の形態変化に起因するインピーダンスの映像の変化が表示される）、無呼吸区間（Ａ）の終了直前での上氣道映像を注意深く見ると、上気道が開かれることの中間過程を確認することができる（一番右の上氣道映像である）。

【0142】

図８ｂを参照すると、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置は、胸部電極部から測定された電圧に応じたインピーダンスのデータ、光容積脈波（ＰＰＧ）と血中酸素飽和度（ＳｐＯ２）から無呼吸区間（Ａ）を感知し、感知された無呼吸区間（Ａ）での胸部映像を通して肺の内部の空気分布に応じたエクスプラネイション（expiration）とインスピレーション（inspiration）時の空気の変化量を確認することができる。

【0143】

これにより、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置は、無呼吸区間（Ａ）で上気道が開閉したかどうかと肺内部の空気分布を確認して閉塞性無呼吸、中枢性無呼吸及び複合性無呼吸の内、少なくともいずれか一つの無呼吸症状を診断することができる。
図９は、本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸測定装置を用いて被験者の睡眠無呼吸を測定する方法を示すフローチャートである。

【0144】

図９を参照すると、段階９１０で、被験者の顔と首の周りに沿って取り付けられた複数の第１電極と被験者の胸部の周りに沿って取り付けられた複数の第２電極の各々での少なくとも一つ以上の選択された電極対に電流を選択的に供給する。

【0145】

段階９１０は、複数の第１電極の内、選択された電極対と、複数の第２電極の内、選択された電極対、及び周波数を選択し、選択された互いに異なる周波数に応じた電圧信号を生成して電流に変換し、選択された電極対を介して被験者の顔及び首と胸部に前記変換された電流をそれぞれ注入する段階で有り得る。
段階９２０において、複数の第１電極と複数の第２電極の内、選択されない電極を介して電圧を測定する。
段階９３０で測定された電圧に応じたインピーダンスデータを獲得する。

【0146】

段階９４０において獲得されたインピーダンスデータに信号分離アルゴリズムを適用して、互いに異なる、上氣道のインピーダンスデータと胸部インピーダンスデータを生体ノイズ信号から分離する。

【0147】

段階９４０は、獲得されたインピーダンスデータにＩＣＡ（Independent Component Analyses）アルゴリズムである信号分離アルゴリズムを適用して、互いに異なる上氣道のインピーダンスデータと胸部インピーダンスデータを分離し、分離されたインピーダンスデータのそれぞれに信号大きさ復元アルゴリズムを適用して原信号に復元する段階で有り得る。
段階９５０において、上氣道のインピーダンスデータと胸部インピーダンスデータに基づいて上氣道映像と胸部映像を映像化する。
段階９５０は、復元された上氣道のインピーダンスデータと胸部インピーダンスデータから、上氣道映像と胸部映像を映像化する段階で有り得る。
本発明の実施形態に係る睡眠無呼吸の測定方法は、被験者の生体信号をセンシングする段階（図示せず）をさらに含むことができる。
段階９６０において映像化された上氣道映像と胸部映像を定量化して無呼吸を診断する。

【0148】

段階９６０は、上氣道の映像と胸部映像からの定量化された結果と、センシングされた生体信号を用いて閉塞性無呼吸、中枢性無呼吸及び複合性、無呼吸の内少なくともいずれか一つの無呼吸症状を診断する段階で有り得る。

【0149】

実施形態に係る方法は、様々なコンピュータ手段を介して実行することができるプログラム命令形態で実現され、コンピュータ読み取り可能な媒体に記録されることができる。前記コンピュータ読み取り可能な媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独または組み合わせて含むことができる。前記媒体に記録されるプログラム命令は、実施形態のために特別に設計され構成されたものであるが、またはコンピュータソフトウェア当業者に公知されて使用可能なもので有り得る。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例には、ハードディスク、フロッピーディスク、及び磁気テープのような磁気媒体（magnetic media）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体（optical media）、フロップティカルディスク（floptical disk）のような磁気‐光媒体（magneto-optical media）、及びロム（ＲＯＭ）、ラム（ＲＡＭ）、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を貯蔵し実行するように特別に構成されたハードウェアデバイスが含まれる。プログラム命令の例には、コンパイラによって作られるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いて、コンピュータによって実行されることができる高級言語コードを含む。前記ハードウェアデバイスは、実施形態の動作を実行するための１つ以上のソフトウェアモジュールとして動作するように構成することができ、その逆も同様である。

【0150】

以上のように、実施形態が限定された実施形態と図面によって説明されたとしても、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、前記の記載から、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実行されたり、及び/また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は異なる形で結合または組み合わせか、他の構成要素または均等物によって置換されるか置換されても、適切な結果を達成することができる。
従って、他の実現、他の実施形態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に属する。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図4e】

【図5a】

【図5b】

【図6a】

【図6b】

【図7a】

【図7b】

【図8a】

【図8b】

【図9】