睡眠状况的检测的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉参考 本申请要求2009年7月16日提交的、申请号为61/226, 069的美国临时申请的权益， 其公开的技术内容参考结合到本发明中。
技术领域
[0002] 本发明（技术）设及到检测睡眠状况和相关特征的方法和装置。
【背景技术】
[0003] OSA病人在睡梦中经常会遇到呼吸暂停或呼吸不足，只有病人醒过来时才能终止。 运些经常性的呼吸功能不全Crespiratcxrydys化nction)事件会造成睡眠时断时续和刺激 交感神经系统。运会导致病人白天磕睡的严重后果（可能引起机动车事故），注意力降低， 记忆力下降，抑郁症或过度紧张。OSA病人也可能高声打呼，而导致影响周围人的睡眠。
[0004] 患者也可能会遇到其他事件，而中断睡眠。例如，周期性肢体运动（PLM)是重复的 睡眠期间的腿抽筋或疫李。运些腿部运动的事件如果扰乱睡眠，导致白天嗜睡，有可能被认 为是一种睡眠障碍。
[0005] OSA患者通常是恒定的正压治疗（CPAP)。正压可W防止病人在吸气时气道塌陷， 从而防止周期性呼吸道系统事件（例如，窒息或呼吸不足）及其后遗症。在病人呼吸循环 的适当时候，运种呼吸治疗仪在治疗压力或压力可W正常供应病人干净透气天然气的供应 (通常是空气，加氧或不加氧）。
[0006] 呼吸治疗仪通常包括流发生器，空气过滤器，面罩或插管，连接的流量发生器至面 罩的空气输送管道，各种传感器和基于微处理器的控制器。所述流量发生器包括一个伺服 控制电机和叶轮。所述流量发生器还可能包括一个能够交换空气到大气中的阀，作为替代 转速电机控制病人的压力的一种手段。所述传感器测量，除其他事项外，电机的转速，气体 体积流量和派排出压力，如压力传感器，流量传感器或类似。所述仪器可选择性地包括空气 交换电路中的加湿器和/或加热元件。所述控制器包括数据的存储功能，该功能可带或不 带集成的数据检索/传输和显示功能， 虽然运些设备通常被配置来检测睡眠呼吸素乱事件，如窒息或呼吸不足，他们通常不 会设及用户睡眠更详细的信息。因此，它可能是可取的检测睡眠和其他睡眠条件的方法和 仪器，W更全面地评估睡眠质量。
【发明内容】
[0007] 第一个方面，在一些实施例中，本发明技术提供方法和设备W检测睡眠质量。
[0008] 另一个方面，在一些实施例中，本发明技术提供方法和设备W检测睡眠状态。
[0009] 进一步的，在一些实施例中，本发明技术提供方法和设备W检测睡眠稳定性。
[0010] 更进一步的，在一些实施例中，本发明技术提供方法和技术W检测从睡眠中的觉 醒。
[0011] 一些实施例包括运样的方法：该方法控制处理器通过测得的呼吸气体的流量来检 测睡眠的状态。所述处理器的方法，包括通过测量呼吸流量，测定一系列的呼吸特征。还包 括从潜在的睡眠状态，包括非快速动眼睡眠状态（Non-REMSle巧state)和快速动眼睡眠 状态（REMsleepstate),从而检测睡眠状态。运种检测可W基于测定的呼吸特征。处理器 可W显示检测到的状态。
[0012] 在一些实施例中，潜在睡眠状态还包括觉醒状态。同样的，所述快速动眼睡眠是一 种光快速眼动状态，所述潜在睡眠状态可W包括深快速动眼睡眠状态（deepREMstate)。
[0013] 在一些实施例中，其中所述处理器通过计算各个潜在睡眠状态之间的转变概率来 确定检测状态，并确定所述检测状态为最有可能的一个计算概率的函数，其中，所述各个潜 在睡眠状态具有来自各个呼吸特征的数据。选择性地，所述多个呼吸特征包括：一个或多个 吸气峰流量变异性的测量值，呼气峰流量变异性的测量值，呼气峰流量位置和呼气时间之 比的测量值，呼气峰流量位置变异性的测量值，呼气峰流量的峰面积的测量值，呼气峰流量 峰面积的变异性的测量值，从呼气峰流量到吸气开始所经历的时间的测量值，自上一次确 定呼吸变异性W后所经历的时间的测量值，高呼吸频率的周期的测量值，W及吸气时间的 变异性的测量值。
[0014] 上述测量方法中的一个或者多个可W应用于睡眠状态检测装置，该装置包括用于 运个（些）方法的控制器。选择性地，所述控制器可与流量传感器结合，W测量可呼吸气体 的流量。同样地，所述控制器还包括处理器控制的流量发生器，用于根据检测到的状态提供 一个受控制的呼吸压力治疗方案。
[0015] 在一些实施例中，本发明技术还包括一种根据测量的可呼吸气体流量，控制处理 器为睡眠觉醒状态分类的方法。所述处理器的方法包括通过测量呼吸流量，确定多个呼吸 特征。该处理器可W从所述多个呼吸特征里检测干扰。所述干扰可指示是觉醒状态。所述 处理器可评估干扰是否是一种非呼吸相关的觉醒。所述处理器显示检测到的干扰代表的是 基于呼吸功能不全（respiratcxrydys化nction)症状W外的觉醒。
[0016] 在一些实施例中，所述评估包括测量的呼吸流量限制，例如平缓流量（flow flattening)的检测。所述评估也可包括检测呼吸流量限制的缺失。在一些实施例中，多个 呼吸特征包括一个或多个到达吸气峰流量的一定比例的时间的测量值，高于一定比例的吸 气峰流量的面积的测量值，高于一定比例的吸气峰流量变异度的峰面积的测量值，一定比 例的吸气峰流量到呼气峰流量之间所需的时间的测量值。选择性地，上述干扰的测定是否 是非呼吸相关的觉醒基于睡眠状态的测定。进一步评估包括检测因面罩泄漏（maskleak) 的觉醒。
[0017] 上述方法中的一种或多种可W应用于一种睡眠觉醒状态的分类装置，该装置包括 一个装备有一种（或多种）所述方法的控制器。选择性地，所述控制器可连接一个流量传 感器W测量可呼吸气体的流量。同样地，所述控制器还可包括一个处理器控制的流量发生 器，根据检测到的睡眠觉醒状态提供一个受控制的呼吸压力治疗方案。
[0018] 在进一步的实施例中，一种可W应用于通过测量可W呼吸的气体的流量控制检测 睡眠状态的过程的处理器的方法，所述处理器的方法包括通过测量的呼吸流量，确定多个 呼吸特征。所述方法也可W包括从所述多个呼吸特征里检测干扰，运些干扰指示的是觉醒 状态。所述方法也可W包括评估干扰的程度。所述干扰程度表明睡眠中断的程度的觉醒状 况的程度。然后处理器显示干扰的程度。
[0019] 在一些实施例中，测定干扰的程度设及计算由于干扰引起的呼吸特性与普通的呼 吸特性之间的比例，在此实例中，流量数据代表多个呼吸周期。在一些运样的实施例中，归 于干扰的所述呼吸特征至少包括如下一条：达到吸气峰流量一定比例需要的时间的测量， 高于一定比例的吸气峰的面积的测量，测量高于一定比例的吸气峰流量变化度的面积，测 量一定比例的吸气峰流量到呼气峰流量之间的时间。
[0020] 选择性地，所述干扰程度的确定包括计算由于干扰引起的呼吸特性与普通的呼吸 特性之间的比例的平均值，流量数据表示的是多个呼吸周期。
[0021] 更进一步的，在一些实施例中，处理器的方法包括根据干扰的程度和病人的特征 数据测定自主激活水平。例如，自主激活包括一个屯、率变异性的数据值和/或脉冲中转时 间的数据值。因此，所述方法中自主激活水平的确定包括选择至少一个屯、率变异性的数据 值和脉冲中转时间的数据值。所述选择包括W干扰程度和病人的特征数据为索引访问的数 据结构，例如病人的年龄和体重。
[0022] 上述方法中的一种或多种可W应用于一种睡眠稳定性评估装置，该装置包括装备 有所述方法的一种或多种的控制器。选择性地，所述控制器可连接一个流量传感器W测量 可呼吸气体的流量。同样地，所述控制器可能还包括一个处理器控制的流量发生器，根据检 测到的睡眠状态提供一个受控制的呼吸压力治疗方案。
[0023] 在一些实施例中，一种控制处理器的方法可W通过测量呼吸气体的流量来测定睡 眠的质量指标。在所述方法中，处理器通过测量呼吸流量，确定多个呼吸特征。也可W从所 述多个呼吸特征测定睡眠状态和睡眠的稳定性，然后从睡眠状态和睡眠稳定性的测量来判 定和显示睡眠的质量指数。
[0024] 睡眠质量指标可W通过处理器测定一个治疗疗程中睡眠时间和睡眠稳定性的比 例得来。在一些实施例中，所述睡眠质量指标被导出按照治疗期间睡眠时间和睡眠稳定性 的比例的函数。睡眠质量指标也可按照治疗期间觉醒持续的时间函数推导出来。在一些实 施例中，所述睡眠状态测量包括至少一个快速动眼睡眠状态，一个非快速动眼睡眠状态和 一个觉醒状态W及睡眠状态持续时间的测量。进一步的，所述方法中所述睡眠状态测量可 W用来判定干扰流量和预测干扰流量的流量数据。此外，睡眠稳定性的判定包括根据流量 的干扰区分睡眠与觉醒。
[00巧]上述方法中的一种或多种可W应用于一种睡眠质量检测装置，该装置包括装备有 所述方法的一种或多种的控制器。选择性地，所述控制器可连接一个流量传感器W测量呼 吸气体的流量。同样地，所述控制器还包括一个处理器控制的流量发生器，根据检测到的睡 眠状态提供一个受控制的呼吸压力治疗方案。
[0026] 进一步实施例中，本发明技术设及检测呼吸周期的方法。所述方法包括通过测量 呼吸流量，确定多个呼吸特征。进一步的，还包括测定多个呼吸特征的临界值。进一步的， 还包括根据临界值检测周期呼吸的状态。在一些实施例中，多个呼吸特征包括吸气流量曲 线的面积。例如，所述多个呼吸特征包括通气量和呼吸时间的比率。所述方法还设及将周 期性呼吸状态设定为一个计数的函数。选择性地，所述计数可W选择性地代表处理的呼吸 的数量。
[0027] 在一些实施例中，所述方法可W应用于检测呼吸周期的装置。例如，一个处理器可 W配置用来通过测量呼吸流量来测定一套呼吸特征，确定呼吸特征的临界值并且根据临界 值检测一个周期的呼吸状态。
[0028] 在本发明的一些实施例中设及到检测睡眠起始的方法。所述方法包括通过测量呼 吸流量确定一套呼吸特征。所述方法还包括确定所述呼吸特征的临界值。所述方法还包括 通过临界值确定睡眠状态的分值。所述睡眠状态分值可W表示睡眠的状态。所述方法还设 及检测睡眠起始按照临界值与测定的睡眠状态分值的函数。在一些实施例中，一套呼吸特 征包括测定呼气峰流量位置的函数。选择性地，所述函数指的是W下两者之间的区别：（a) 呼气峰流量出位置与呼气的时间之比化）多次呼吸测定的比率的平均值。进一步的，所述 方法还设及，基于上述测定，输出一个睡眠起始的指标，该指标代表进入治疗疗程第一睡眠 时期。
[0029] 在一些实施例中，所述方法可W用在检测睡眠起始的装置上。例如，处理器可W配 置用于通过测量呼吸流量来测定一套呼吸特征。所述处理器也可确定所述呼吸特征的临界 值，根据临界值可确定睡眠状态的分值，再根据临界值和睡眠状态分值确定随眠的起始状 态。
[0030] 在进一步实施例中，本发明设及一种呼吸处理装置。所述装置包括一个流量发生 器，该流量发生器向病人接口提供压力高于大气压的可呼吸气流。进一步的，还包括一个流 量传感器，可W测量病人呼吸的可呼吸气流。进一步的，包括一个控制器，该控制器与流量 发生器和流量传感器相连。所述控制器，例如一个或多个的处理器，配置用于大致基于流量 传感器感测的流量测量值来检测多个睡眠状态的其中之一。进一步地，所述控制器基于检 测到的睡眠状态来控制呼吸压处理疗法。
[0031] 例如，所述呼吸压处理疗法包括呼气减压控制，所述控制为当检测到一系列睡眠 状态中的一个睡眠状态时控制器可降低呼吸压力。进一步的，所述呼吸压力疗法包括控制 呼气压力的降低，所述控制器当检测到一系列睡眠状态中的是一种非觉醒状态，会提高呼 气卸压（expiratorypressurerelief)的减压量。更进一步的，所述呼吸压处理疗法包括 检测流量检测数据的变动，所述变动包括至少一种窒息和呼吸减缓，当检测到的睡眠状态 是属于睡眠阶段时，所述变动需记录。选择性地，检测到的变故分别记录在相关检测的睡眠 状态一起。
[0032] 在一些实施例中，所述呼吸压力治疗方案包括自主调节治疗压力水平，所述控制 器根据检测到的呼吸异常提高治疗压力水平，根据比较睡眠稳定性指数和临界值降低治疗 压力水平。
[0033] 进一步的，所述呼吸压力治疗方案包括根据流量的测量检测屯、流（cardiogenic flow)，所述屯、流检测受控于当检测到的一系列的睡眠状态有一个状态可W归为是睡眠。所 述呼吸压力治疗方案还包括W检测屯、流的存在为基础的中枢性呼吸暂停（centralapnea) 检测。在此类实施例中，检测的睡眠状态可W是非快速动眼睡眠（NREMstate)。
[0034] 本发明呼吸技术的其他特点，在如下详细的讨论，附图和权利要求中。
【附图说明】
[0035] 本发明的技术通过列图举例进行说明，而不用于限制本发明，所述附图中的特征， 像参考数字是指类似的元素，包括： 图I是本发明技术中的睡眠状态检测装置控制器的结构图； 图2是呼吸流量信号特有的吸气和呼气峰流量变化特征图； 图3是进一步说明呼吸流量信号的特点，包括呼气峰流量的位置与呼气时间之比W及 一定比例的呼气峰下面的面积； 图.4是进一步的对呼吸流量信号特点说明，包括呼气峰流量的平均值和从最后一次 确认吸气所用的时间； 图5是呼吸流量信号的高频率呼吸特征的示意图； 图6显示的是呼吸流量的特性，包括到达吸气峰流量平均值最大的时间，高于吸气峰 流量平均值最大时的峰面积和到达从流量峰平均值和呼气峰出现位置时的时间； 图7是基于流量传感器检测睡眠状态的控制装置的数据方法学实例流程图； 图8是通过流量传感器检测无呼吸相关觉醒的控制装置的数据方法学实例流程图； 图9是通过流量传感器检测睡眠稳定性的控制装置的数据方法学实例流程图； 图10是通过流量传感器检测睡眠质量的控制装置的数据方法学实例流程图； 图11显示的是本技术的睡眠状态的检测装置图例； 图12显示的是呼吸不足检测装置的控制器的方框图，该装置包括实施本技术的检测 方法部件； 图13显示说明在本技术中一些实施例中检测觉醒的模块的一个控制方法学图例； 图14是通过举例说明觉醒探测器输入和输出临界值特征的通用阔值函数的示例图； 图15显示说明在本技术中一些实施例中检测稳定性的模块的一个控制方法学图例； 图16显示的是在睡眠稳定性检测实例中调整睡眠稳定性分值函数的曲线图； 图17显示的是在通过举例在睡眠稳定性检测实例中临界值输入和输出值说明临界值 重要性的临界值函数曲线图例； 图18是说明在本技术中一些实施例中检测周期性呼吸状态模块的一个控制方法学图 例； 图19显示的是在通过举例说明呼吸周期状态检测实例中临界值输入和输出值说明临 界值重要性的临界值函数曲线图例； 图20是说明睡眠状态检测的控制方法学的示意图； 图21展示了在一个睡眠状态检测仪实施例中、用于实施可检测睡眠条件状态的最终 状态机器状态图； 图22是当一个人清醒时所发出的典型呼吸气流信号图谱； 图23是当一个人熟睡时所发出的典型呼吸气流信号图谱； 图23-A是特征为非快速动眼睡眠转换时呼吸流量信号图谱； 图24本发明技术睡眠状态检测仪特点分析的一般临界值函数图例； 图25是图24中临界值特征的输入和输出值示例表； 图26是=个用来确定睡眠状态的状态转换概率的标准的图表； 图27是=个用来确定睡眠状态的状态转换概率的附加标准的图表； 图28是睡眠质量评估模块控制元件图例； 图29是图28中睡眠质量评估模块的睡眠状态临界值函数图谱； 图30为图28中睡眠质量评估模块的睡眠稳定性指数临界值函数图谱； 图31为图28中睡眠质量评估模块的觉醒数据临界值函数图谱。
【具体实施方式】
[003引如图1所示，本发明技术实施例中，包括睡眠状态检测装置102或者具有控制器 104的设备，该控制器具有一个或多个处理器可W用来执行睡眠状态和/或睡眠觉醒的检 测方法，在此，给予运样的计算法进行详细的描述。在一个实施例中，该控制器系统含有多 个元件或模块，可W控制控制器的多个方面。所述组件或模块可连接有整合的忍片，存储卡 和/或者其他控制指令的数据或信息储存方式。例如，包含运种检测方法的程序指令可编 码在集成忍片上，作为装置或设备记忆W形成一个特殊用途的集成忍片（ASIC)。运些指令 可W或者可选地，W适当的数据存储介质W软件或硬件的形式装载W控制一个或多个程序 控制器。
[0037] 图1的实施例中，所述控制器104可使用呼吸流量信号或其他包括任选的流量测 量模块105的数据。通过运些模块，所述控制器可W直接测量呼吸流量。因此，处理器可W 控制睡眠状况（此处详细描述的基于来自先前的睡眠区间的上述呼吸流量数据）的检测或 评估。可选择的，所述检测可在同时期的睡眠区间执行，通过检测到呼吸流量信号，使用流 量传感器的目前检测的流量数据。因此，在一些实施例中，使用执行方法，根据流量传感器 检测的呼吸流量信号，该装置本身随机地被执行。例如，到达或经过鼻管或面罩的流量可被 测量，通过使用呼吸速度描记器和不同的压力变换器或者类似装置如软管或输气管的应用 包来得到流量信号。选择性地，流量信号可通过其他传感器而被推断，例如2005年11月2 号提交的PCT/AU2005/001688专利申请中描述的马达传感器（motorcurrentsensor),通 过交叉参考，其完全公开的技术在此与本发明结合。
[0038] 在此，进行更详细的讨论，流量数据可W通过模块处理例如流量限制检测模块 106,窒息和/或睡眠不足（AHI)检测模块108,呼吸流量特性或特征提取模块110和泄漏 检测组件。所述AHI模块108可W利用睡眠状态检测模块114输入的数据来判定窒息和/ 或睡眠不足的情况。从流量限制检测模块106，AHI检测模块108和呼吸特征提取模块110 输出的信号或数据，可通过觉醒检测模块114加工。同样地，从泄漏检测组件和呼吸特征提 取模块110输出的数据可W通过睡眠状态检测模块118处理。进一步的，觉醒检测模块114 和病人特征数据存储库112输出的数据可被睡眠稳定性检测模块116处理。
[0039] 睡眠质量检测/评估模块120可处理从睡眠稳定性检测模块116,病人特征数据存 储模，块122和睡眠状态检测模块118输出的数据和信号。睡眠质量评估模块120输出的 信号和数据可通过用户接口模块124显示和/或者输入于反馈控制模块126,用于修正或者 调整治疗控制处理模块128的装置置，例如压力治疗方案装置。
[0040] 在本技术的一些实施例中，所述检测仪和控制器的模块具备如下特征和功能。
[0041] A.病人信息存储模块 该模块可W控制使用睡眠状态检测装置102的病人的数据和信息的存储。运些数据 可W通过用户接口模块124界面输入，任意的，该模块包括键盘，面板开关，触摸屏等。例 如，在所述模块的控制下，该装置可促进病人或者医生选择或者登陆一个或多个病人信息 例如：年龄，性别，体重，身高，BMI和/或者早前出现的情况信息（如，影响屯、率改变的潜在 健康情况，可能导致空气流动模式变化的潜在健康状况，或者其他目前的生理状况等）。运 样的健康状况可能包括例如哮喘、肺气肿、慢性屯、血管疾病。储存信息反过来可W用于所述 装置的其他模块。
[0042] 运些病人的信息可W用来对所述方法学的输出值的加权。例如，可能不存在绝对 的空气流量的特征，可W用来作为适应于每一个病人检测不同睡眠状态的标准。因此，病人 的信息可W用来调整特征提取模块的敏感度（或者呼吸特征的临界值被比较。运样，对于 不同的病人，空气流量特征被更加精确地评估。例如，一个年龄超过50岁的病人的上气道 的稳定性就很差。因此，对于运样的病人，在评估气流稳定性时就应该选择本技术中不太剧 烈的系统或者方法。
[0043] 在此，本系统所得病人信息的其他用途也被详细介绍。
[0044] B.流量限制检测模块 所述呼吸流量限制检测模块106可通过流量信号数据W检测呼吸流量限制。例 如，所述装置可设置用于检测流量限制，例如在2008年5月9日提交的专利申请PCT/ AU08/000647中公开的模糊的流量限制测量（国际专利申请公开号No.WO/2008/138040) 和2007年4月17日提交的，美国临时专利申请号No. 60/965, 172。选择性地，其可用来通 过分析流量数据的平缓（flattening)来检测流量限制。例如，所述平缓可W通过美国专利 号.5, 704, 345的专利中公开的方法判定，其全部的公开通过交叉引用与本发明结合。
[004引C.AHI检测模块 在一些实施例中，流量数据可被用于为睡眠不足和/或者呼吸暂停的检测或者评分 (如，阻塞性呼吸暂停和/或者中枢性呼吸暂停）。例如，通过美国专利号Nos. 6, 138, 675 和