JP4607786B2 - 呼吸データ収集システム - Google Patents

Description

本発明は、呼吸データ収集システムに係り、特に無呼吸に関係する呼吸の変化を収集する呼吸データ収集システムに関する。

本願発明者は、先に特許文献１に開示されるように、日常の中で無呼吸に関する定量的なデータを収集することを可能とする呼吸データ収集システムを提案した。ここでは、顔に被着して呼吸データを収集し記憶する呼吸データ収集装置と、呼吸データの収集が終わった後に顔から外された呼吸データ収集装置から呼吸データの転送を受けて呼吸データを解析し表示する解析表示装置とを含む呼吸データ収集システムが用いられる。

特開２００５−１６０６４４号公報

特許文献１では、顔に被着して呼吸データを収集し記憶する呼吸データ収集装置として、顔の鼻孔又は口の近傍付近を被着する着脱可能な被着パッドと、被着パッドに取り付けられ、呼吸状態を検出する呼吸センサとを用い、データ収集部等の電子回路と、電源である２次電池等は被着パッドの中に内蔵される構造を採用している。また、ティーチング等を行なうため、被着パッドには、呼吸ピッチを知らせる知らせ手段としてＬＥＤが設けられている。そして、呼吸データ収集が終わった被着パッドは、解析表示装置の挿入部に収納され、着脱可能な入出力ポートを通して充電とデータ転送が行なわれる。

このように、特許文献１に開示した呼吸データ収集システムは、顔に被着可能な小型の呼吸データ収集装置を用い、これを被着して睡眠中の呼吸データを収集することで、日常の中で無呼吸に関する定量的なデータの収集を可能にする。

この開発を通し、さらに利便性を上げるには、次のような課題があることが明らかになった。１つは、被着パッドが顔に被着するものであるので、清潔感のあるユーザにとっては、洗浄を好むことである。特許文献１に開示される構造は、着脱可能な接点式の入出力ポートを用いて充電とデータ転送を行なうので、被着パッドの洗浄を行なうには、開口部である入出力ポートを洗浄の都度一々封止しなければならない。他の１つは、着脱可能な入出力ポートであるので、開口部である入出力ポートからノイズを拾い、特に静電気によって内部の電子回路に損傷を与える可能性があることである。

本発明の目的は、顔に被着する小型の呼吸データ収集装置について、特別な封止を要せずに洗浄を可能とする呼吸データ収集システムを提供することである。他の目的は、開口部を有する接点式入出力ポートを用いることなく、呼吸データ収集装置と解析表示装置との間で充電またはデータ転送を行なうことを可能とする呼吸データ収集システムを提供することである。以下の手段は、これらの目的の少なくとも１つに貢献する。

本発明に係る呼吸データ収集システムは、顔に被着して呼吸データを収集する呼吸データ収集装置と、呼吸データ収集装置から呼吸データの転送を受けて呼吸データを解析し表示する解析表示装置とを含む呼吸データ収集システムであって、呼吸データ収集装置は、防水性の樹脂で成形され、顔の鼻孔又は口の近傍付近を被着し着脱可能な被着パッドと、被着パッドに取り付けられ、呼吸状態を検出する呼吸センサと、被着パッドに内蔵され、呼吸センサにより検出されたデータを収集し記憶するデータ収集回路と、被着パッドに内蔵され、収集された呼吸データを予め定められた送信プロトコルに従って、無線電波または光通信によって、解析表示装置に送信する送信手段と、被着パッドに内蔵される２次電池と、被着パッドに内蔵され、解析表示装置から送信される電源用高周波信号を受信する受電コイルと、受電コイルにより受信された高周波信号を整流し２次電池を充電する整流充電回路と、を備え、解析表示装置は、呼吸データ収集装置の送信手段からの無線電波または光通信による信号を受信し、呼吸データに変換する受信手段と、１次電源と、１次電源により駆動され高周波信号を生成する高周波発振回路と、高周波信号を呼吸データ収集装置に送信する送信コイル部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る呼吸データ収集システムにおいて、解析表示装置は、顔から外された呼吸データ収集装置を上下から挟んで収納する開閉型筐体を有し、送信コイル部は、ヨークとコイルとを含み、ヨークは、開閉型筐体の上側筐体に上側ヨークが、下側筐体に下側ヨークがそれぞれ分けて設けられ、呼吸データ収集装置を収納して開閉型筐体を閉じたときに、上側ヨークと下側ヨークとの間に呼吸データ収集装置の受電コイル部が配置されるように閉じた磁気回路を形成することが好ましい。

本発明に係る呼吸データ収集システムにおいて、送信手段として、呼吸データの収集が終わって呼吸データ収集装置が顔から外された後に、収集された呼吸データを予め定められた送信プロトコルに従って、ＬＥＤの点滅による光通信によってバッチ方式で解析表示装置に送信するＬＥＤ送信部を有することが好ましい。

また、本発明に係る呼吸データ収集システムにおいて、呼吸データ収集装置が顔に被着されてデータ収集を行っている際に、呼吸センサによって呼吸を検出するのと同期させてＬＥＤを点滅させる同期点灯手段を有することが好ましい。
また、本発明に係る呼吸データシステムにおいて、送信手段として、呼吸データ収集装置が顔に被着されてデータ収集を行っているときに、収集された呼吸データを予め定められた送信プロトコルに従って、無線電波によってリアルタイム方式で解析表示装置に送信する無線送信ブロックを有することが好ましい。

また、本発明に係る呼吸データ収集システムにおいて、呼吸データ収集装置は、焦電性高分子フィルムである呼吸センサと、被着パッドに内蔵され、整流充電回路と、データ収集回路と、収集された呼吸データを予め定められた送信プロトコルに従ってＬＥＤを点滅させて解析表示装置に対し送信するＬＥＤ送信部とを含む回路基板と、被着パッドに内蔵され、顔の鼻孔又は口の近傍の顔形状に適合させるために形状変形可能で、かつ変形された形状を保持できる金属板と、を含むことが好ましい。

また、被着パッドは、少なくともＬＥＤから点滅する光の経路部分が透光性を有することが好ましい。また、被着パッドは、ＬＥＤから点滅する光の経路部分に設けられる透光性の導光体を有し、抗菌剤を含むシリコン樹脂で一体成形されることが好ましい。

また、被着パッドは、粘着性を有するゲル状樹脂で一体成形され、顔と接触する内面側以外の部分が非粘着性フィルムで覆われることが好ましい。

上記構成の少なくとも１つにより、呼吸データ収集装置の被着パッドが防水性の樹脂で成形され、データ収集回路と送信手段とは防水性被着パッドに内蔵される。そして、収集された呼吸データは予め定められた送信プロトコルに従った無線電波または光通信で解析表示装置に送信される。このようにデータ転送を無線通信または光通信によって行うので、データ転送のための開口部を有する接点式入出力ポートを必要としない。またこれによって特別な封止を要せずに、呼吸データ収集装置である被着パッドを洗浄することができる。
また、呼吸データ収集装置の被着パッドが防水性の樹脂で成形され、解析表示装置からの電源充電用高周波信号を受信する受電コイル部と、受電コイルにより受信された高周波信号を整流し２次電池に充電する整流充電回路等が防水性被着パッドに内蔵される。そして、解析表示装置から１次電源により駆動され生成された高周波信号が送信されるので、無線電力送信手段によって呼吸データ収集装置に電力が供給される。したがって、充電のための開口部を有する接点式入出力ポートを必要としない。またこれによって特別な封止を要せずに、呼吸データ収集装置である被着パッドを洗浄することができる。
また、解析表示装置の送信コイル部は、開閉型筐体の上側筐体に上側ヨークが、下側筐体に下側ヨークがそれぞれ分けて設けられる。そして、呼吸データ収集装置を収納して開閉型筐体を閉じたときに、上側ヨークと下側ヨークとの間に呼吸データ収集装置の受電コイル部が配置されるように閉じた磁気回路が形成される。したがって、呼吸データ収集装置を解析表示装置の開閉型筐体に収納して閉じる簡単な操作だけで、呼吸データ収集装置に充電することができる。

上記構成の少なくとも１つにより、呼吸データ収集装置の被着パッドが防水性の樹脂で成形され、データ収集部と送信手段とは防水性被着パッドに内蔵される。そして、収集された呼吸データは予め定められた送信プロトコルに従ったＬＥＤの点滅で解析表示装置に送信される。このようにデータ転送を光通信によって行うので、データ転送のための開口部を有する接点式入出力ポートを必要としない。またこれによって特別な封止を要せずに、呼吸データ収集装置である被着パッドを洗浄することができる。

また、データ収集の際に呼吸センサによって呼吸を検出するのと同期させてＬＥＤを点滅させる同期点灯手段を有するので、１つのＬＥＤによって、データ転送と呼吸検出知らせの２つの機能を持たせることができ、構成が簡単になる。

また、呼吸データ収集装置の被着パッドが防水性の樹脂で成形されるので、例えば電源用の２次電池が内部に封止される。したがって、小型で子供等が誤って飲み込む等の事故を防止できる。仮に被着パッドごと口に入れたりすることがあっても、防水性の樹脂で覆われているので、２次電池が唾液や胃液等で直接腐食されることがなく、安全である。

また、呼吸データシステムにおいて、送信手段として、呼吸データ収集装置が顔に被着されてデータ収集を行っているときに、収集された呼吸データを予め定められた送信プロトコルに従って、無線電波によってリアルタイム方式で解析表示装置に送信する無線送信ブロックを有するので、充電のための開口部を有する接点式入出力ポートを必要としない。またこれによって特別な封止を要せずに、呼吸データ収集装置である被着パッドを洗浄することができる。

また、呼吸データシステムにおいて、呼吸データ収集装置は、焦電性高分子フィルムである呼吸センサと、整流充電回路と、データ収集回路と、ＬＥＤ送信部とを含む回路基板と、顔形状に適合させるために形状変形可能で、かつ変形された形状を保持できる金属板とが防水性被着パッドに内蔵される。したがって、開口部を有する接点式入出力ポートを必要としない。またこれによって特別な封止を要せずに、呼吸データ収集装置である被着パッドを洗浄することができる。

また、被着パッドのＬＥＤから点滅する光の経路部分が透光性を有するので、データ転送が確実に行なえると共に、被着パッドのその他の部分の材料選択の自由度が増える。また、被着パッドは、抗菌剤を含むシリコン樹脂で一体成形されるが、ＬＥＤから点滅する光の経路部分には透光性の導光体が設けられる。一般的に抗菌剤を含む樹脂は半透明又は不透明となる。上記構成により、顔に被着される被着パッドを抗菌剤によって衛生的とすると共に、光によるデータ転送を確実にすることができる。

また、被着パッドは粘着性を有するゲル状樹脂で一体成形されるが、顔と接触する内面側以外の部分が非粘着性フィルムで覆われるので、顔に被着することが容易となるとともに、それ以外の部分がべたつかず、装着性が向上する。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１は、呼吸データ収集システム１０の構成を説明する図で、ここに示されるように、呼吸データ収集システム１０は、顔に被着して呼吸データを収集し記憶する呼吸データ収集装置２０と、呼吸データの収集が終わった後に顔から外された呼吸データ収集装置から呼吸データの転送を受けて呼吸データを解析し表示する解析表示装置７０とを含んで構成される。

呼吸データ収集装置２０は、顔２において鼻孔４と口６との間の口蓋部の上に相当する皮膚に着脱自在に取り付けられ、鼻孔４からの鼻呼吸と、口からの口呼吸とを区別して検出する呼吸センサと、検出された呼吸データを収集し記憶し、解析表示装置７０に送信する機能を有する。呼吸データ収集装置２０は、顔に被着されるのに適した形状を有し、その意味で、データ収集機能を有する被着パッドと呼ぶこともできる。解析表示装置７０は、呼吸データ収集装置２０から受信した呼吸データを解析し表示する機能を有すると共に、呼吸データ収集装置２０に電力を供給する機能を有する。

図２は、呼吸データ収集装置２０を構成する要素を説明するための分解図である。呼吸データ収集装置２０は、鼻呼吸を検出する鼻呼吸センサ２２と、口呼吸を検出する口呼吸センサ２４と、回路要素等が搭載されている回路基板２６と、顔２の鼻孔４又は口６の近傍の顔形状に適合させるために形状変形可能で、かつ変形された形状を保持できる金属板２８とを含み、これらを粘着性と防水性とを有するゲル状の樹脂５０で顔に被着しやすいパッド形状に一体化成形し、ゲル状の樹脂５０のうち、顔２と接触する内面側以外の部分を非粘着性フィルム５４で覆って構成される。一体化成形等の詳細な手順は後述する。

鼻呼吸センサ２２と、口呼吸センサ２４は、焦電性高分子フィルムを用いて呼吸の有無を検出するためのセンサである。焦電性高分子フィルムは、温度変化に応じて電圧を出力するいわゆる焦電性と、歪に応じて電圧を出力するいわゆる圧電性とを備える高分子フィルムである。したがって、鼻呼吸あるいは口呼吸の有無に応じて生じる気流の温度変化、気流の圧力変化を検出して電圧を生じる。この電圧を出力するために、焦電性高分子フィルムの両面に電極薄膜が形成され、この両電極薄膜から端子をそれぞれ取り出し、適当な検出回路に接続することで、鼻呼吸又は口呼吸の有無を検出することができる。また、湿度等の外部環境から保護するために、全体が適当な保護膜で覆われる。かかる焦電性高分子フィルムとしては、例えば呉羽化学のＫＦピエゾフィルム（商品名）を用いることができる。このＫＦピエゾフィルムの例では、電極薄膜層を含む全体の厚さが約１００μｍから数分の１ｍｍ程度のものを用いることができる。図２においては、鼻呼吸センサ２２から両電極端子３２，３４が引き出され、口呼吸センサ２４から両電極端子３６，３８が引き出されている様子が示されている。

回路基板２６は、呼吸データ収集装置２０の各要素が搭載されている基板である。回路基板２６は、配線パターンを有する基板上に、鼻呼吸センサ２２の両電極端子３２，３４を接続するための両接続端子３３，３５、口呼吸センサ２４の両電極端子３６，３８を接続するための両接続端子３７，３９、充電可能な２次電池４０、解析表示装置７０からの充電用高周波信号を受信する受電コイル部４２、制御ＬＳＩ４４、解析表示装置との間で光データ通信等を行うためのＬＥＤ４６、呼吸データ収集装置２０の回路系のリセットを行なうためのリセットスイッチ４８等が搭載される。なお、図２では図示を省略してあるが、制御ＬＳＩ４４以外にもＩＣ、電子部品が回路基板２６に搭載される。例えば、受電コイル部４２によって受信された高周波信号は、整流等の処理が行われて２次電池に充電されるが、これらの機能は制御ＬＳＩ４４以外の電子部品等で実行される。

回路基板２６用の配線パターンを有する基板としては、両面配線あるいは多層配線のガラスエポキシ基板等を用いることができる。２次電池４０は、例えば小型ボタン型のマンガンリチウム電池等を用いることができる。

受電コイル部４２は、解析表示装置７０から送信される２次電池充電用の高周波信号を受電する機能を有するコイルである。図３に受電コイル部４２の構造を示す。受電コイル部４２は、両側にフランジ６２，６４を有するドラム型フェライトに、適当な巻数で巻回されたコイル６６を含んで構成される。受電コイル部４２は、回路基板２６の表面に搭載されるのではなく、回路基板２６に穴を開け、受電コイル部４２の一方端が回路基板２６の裏側に露出するように取り付けられる。

再び図２に戻り、制御ＬＳＩ４４は、鼻呼吸センサ２２及び口呼吸センサ２４からの検出信号を処理し、鼻呼吸の有無データ及び口呼吸の有無データに変換し、その呼吸データを収集し記憶する機能を有する集積回路である。これらの機能の一部を他のＩＣや電子部品等に分担させて行わせてもよい。また、受電コイル部４２によって受信された高周波信号の処理等の機能の一部を制御ＬＳＩ４４に持たせてもよい。

金属板２８は、略Ｔ字型の平面形状を有する薄板で、回路基板２６の裏側、つまり制御ＬＳＩ４４等が搭載される側の反対側に配置され、ゲル状の樹脂５０によって回路基板２６と一体化される。金属板２８の材質及び厚さは、ゲル状の樹脂５０によって一体化されたパッド状の呼吸データ収集装置２０を指等で顔２に押し付けたときに、顔の形状に倣って容易に形状を変形でき、かつ変形された形状を保持できるものとして選択される。例えば厚さ０．１ｍｍから０．３ｍｍ程度の銅板等を用いることができる。また、金属板２８を、回路基板２６の接地端子に接続し、回路基板２６の背後からの電気的ノイズに対するシールド板の機能を持たせるものとしてもよい。

ＬＥＤ４６は、制御ＬＳＩ４４のデータ送信機能部分に接続され、収集され記憶されている呼吸データを予め定められた送信プロトコルに従って解析表示装置７０に送信するために点滅を行なう発光素子である。この光データ転送は、呼吸データ収集装置２０が呼吸データの収集が終わって顔２から外されたときに実行される。また、ＬＥＤ４６は制御ＬＳＩ４４のデータ収集機能部分に接続され、呼吸データ収集装置２０が顔２に被着されて呼吸データを収集しているときに、呼吸ピッチをユーザに知らせる等のために、呼吸データを検出するのと同期して点滅する同期点滅機能を実行するためにも用いられる。制御ＬＳＩ４４のデータ転送機能と同期点滅機能との切換は、呼吸データ収集装置２０である被着パッドを顔から外し、解析表示装置７０に搭載したことを検出して行うことができる。

リセットスイッチ４８は、呼吸データ収集装置２０の回路系の初期リセット、及び異常動作の際の強制リセットを行なうためのスイッチである。例えば、呼吸データ収集装置２０を解析表示装置７０に搭載するごとに、このリセットスイッチ４８を作動させて、制御ＬＳＩ４４等に設けられるリセット回路により、回路系のリセットを行なわせることができる。かかるリセットスイッチ４８としては、例えば検出ピンのストロークによってオンオフを制御する機械式スイッチや、押し付け圧を検出する感圧スイッチ等を用いることができる。機械式スイッチを用いる場合、防水性を確保するため、ゲル状の樹脂５０によって覆われた状態で、ストローク検出あるいは押し付け圧を検出する構造とする必要がある。

ゲル状の樹脂５０は、回路基板２６と回路基板２６に搭載される各要素、及び金属板２８を完全に覆い、外部から遮断し、防水性を確保するためのもので、金型等を用いて一体化成形される。この場合に、鼻呼吸センサ２２と口呼吸センサ２４は、各電極端子３２，３４，３６，３８の部分を覆うようにされ、呼吸を検出する部分はゲル状の樹脂５０の外側に残される。一体化成形された後の外形は、顔２に被着しやすいようにパッド形状とされる。ゲル状の樹脂５０は、防水性と粘着性とを有している材料の中から選択される。かかるゲル状の樹脂５０としては、例えばシリコン樹脂を用いることができる。また、ゲル状の樹脂５０に、適当な抗菌剤を添加することが望ましい。

導光体３０は、この一体化成形のときにＬＥＤ４６の上部の位置５２に設けられ、ＬＥＤ４６からの光をゲル状の樹脂５０を通すことなく外部に放射する機能を有する透光性の光学部材である。導光体３０の屈折率は、ゲル状の樹脂５０との界面でＬＥＤ４６からの光が全反射するように選ばれることが好ましい。特に、ゲル状の樹脂５０に抗菌剤が添加される場合は、ゲル状の樹脂５０が半透明あるいは不透明となるので、この導光体３０を用いることがＬＥＤ４６からの光を解析表示装置７０に効率的に送信するために有効である。

非粘着性フィルム５４は、ゲル状の樹脂５０で一体化成形されたパッド形状のうち、顔２と接触する内面側以外の部分、すなわち、回路基板２６の表側に対応する部分を覆い、その部分のべたつきをなくすためのプラスチックフィルムである。かかる非粘着性フィルム５４としては、適当な厚さのシリコンシート等を用いることができる。非粘着性フィルム５４をゲル状の樹脂５０で一体化されたパッド形状の上に取り付けるには、ゲル状の樹脂５０の粘着性をそのまま利用できる。非粘着性フィルム５４が貼られる側は、ＬＥＤ４６及び導光体３０、受電コイル部４２、リセットスイッチ４８のように、解析表示装置７０との間で光データ転送、充電用高周波信号の送信、リセット指示等を行なうので、それらの機能を損なわないように、適当な開口部あるいは局部的に薄い厚さの部分を設けられてもよい。図２では、受電コイルの位置５８、ＬＥＤ４６及び導光体３０の位置５６に開口部が設けられている。かかる開口部を非粘着性フィルム５４に設けても、呼吸データ収集装置２０の防水性は、ゲル状の樹脂５０によって確保されている。

図４は、呼吸データ収集装置２０を製作する手順を説明する図である。図２と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。最初に、回路基板２６に各要素が実装され搭載される。受電コイル部４２以外の各要素は、回路基板２６に対し表面実装技術を用いて搭載することができる。受電コイル部４２は、上記のように、回路基板２６に設けられた開口穴に位置決めされ、受電コイル部４２の一方端が回路基板２６の裏側に露出するように取り付けられる。次に、回路基板２６の各接続端子３３，３５，３７，３９に、鼻呼吸センサ２２の各電極端子３２，３４と口呼吸センサ２４の各電極端子３６，３８とがそれぞれ接続される。これらの接続は、焦電高分子フィルムの性能を損なわない条件の下で行なわれる。例えば、導電性接着テープ、導電性ペーストを用いることができる。場合によってはハンダ付けを用いてもよい。接続された後の状態を図４（ａ）に示す。

次に、回路基板２６の裏側に金属板２８を配置し、ＬＥＤ４６の上に導光体３０を配置し、ゲル状の樹脂５０でパッド形状に一体化成形を行なう。この際に、上記のように、鼻呼吸センサ２２及び口呼吸センサ２４の呼吸検出部分は、ゲル状の樹脂５０の外側に露出させておく。また、ＬＥＤ４６の上には導光体３０が配置され、その部分にはゲル状の樹脂５０が来ないように成形される。成形は、成形金型を用い、抗菌剤を添加したシリコンゲルがゲル状の樹脂５０として用いられる。その様子を図４（ｂ）に示す。

その後、非粘着性フィルム５４がゲル状の樹脂５０の顔と接触する内面側以外の部分、すなわち、回路基板２６の制御ＬＳＩ４４が搭載される側に相当する側に貼り付けられる。このようにして、２次電池４０、受電コイル部４２、制御ＬＳＩ４４、ＬＥＤ４６、リセットスイッチ４８、これらが搭載された回路基板２６、金属板２８等を内蔵し、パッド形状の外形を有し、防水性のゲル状の樹脂５０で覆われ、顔に被着する側が粘着性を有する小型の呼吸データ収集装置２０が出来上がる。その様子を図４（ｃ）に示す。

図５は、呼吸データ収集装置２０の断面図である。図５に示されるように、呼吸データ収集装置２０は、ゲル状の樹脂５０の内部に、制御ＬＳＩ４４、ＬＥＤ４６、回路基板２６、金属板２８等を含み、外部から遮蔽される構造で構成されている。外形は、パッド状の平面形状を有し、その厚みは数ｍｍ程度である。また、鼻呼吸センサ２２、口呼吸センサ２４は、大部分がゲル状の樹脂５０の外側に露出し、呼吸を検出しやすい適当な形状に癖付けがされる。もちろん自由形状としてもよい。呼吸データ収集装置２０は、厚み方向の一方側はゲル状の樹脂５０そのままで、防水性と共に粘着性を有する。この面が、粘着性を利用して、着脱自在に顔に被着する側として用いられる。その反対側は非粘着性フィルム５４で覆われ、この面が表側として用いられる。表側とは、ユーザの顔を正面に見たときに、観察者から見える側であり、解析表示装置７０に収納されるとき、光データ転送、高周波信号の送受信等が行なわれるインタフェース面側でもある。

図６は、呼吸データ収集装置２０のＬＥＤ４６及び導光体３０周辺の拡大断面図である。導光体３０は、上記のように透光性を有し、ゲル状の樹脂５０との界面でＬＥＤ４６からの光を全反射させて、ＬＥＤ４６からの光を外部に導く機能を有する光学部品であり、例えば適当な屈折率を有する透明なプラスチック部品で構成することができる。図６では、回路基板２６の上に導光体３０とＬＥＤ４６とが一体化されて実装される例が示されている。この構造は、例えば回路基板２６の上にＬＥＤ４６を表面実装技術等によって配置し、次に適当な型を用いて透明性の高い樹脂を充填し、加熱等で成形し、その後に型を除去する方法で得ることができる。型をそのまま残してもよい。その場合、適当な屈折率の材質の型を用いることで、型の内面でＬＥＤ４６からの光を全反射させ、導光性をさらに向上させることができる。導光体３０から光が放射される表側には、ゲル状の樹脂５０は設けられず、また、非粘着性フィルム５４にも開口が設けられることが好ましい。なお、導光体３０の外周に設けられる凹凸３１は、ゲル状の樹脂５０との間の界面での防水性を十分に確保するためのものである。この構成により、防水性を確保しながら、ＬＥＤ４６からの光を効率的に外部に放射することができる。したがって、ＬＥＤ４６の点滅で呼吸データを転送することで、防水性を確保し、またデータ転送のための開口部を有する接点式入出力ポートを用いることなく、データ転送を行うことができる。

このような構成の呼吸データ収集装置２０の作用を次に説明する。呼吸データ収集装置２０は、ユーザが呼吸データを収集しようとするときに、図１で説明したように、ユーザの顔２の口蓋部に相当する皮膚に、粘着性のある裏側が押し当てられ、金属板２８を口蓋部の形状に倣わせてその形状を変形させ、その形状のままでしっかりと皮膚上に固定される。そして、例えばユーザの睡眠中に、鼻呼吸センサ２２及び口呼吸センサ２４によって、鼻呼吸の有無、口呼吸の有無が検出され、制御ＬＳＩ４４の機能により、呼吸データとして収集され記憶される。

呼吸データ収集の際の呼吸ピッチの検出等のために、鼻呼吸センサ２２及び口呼吸センサ２４によって検出された呼吸のピッチに同期してＬＥＤ４６を点滅させることができる。例えば、呼吸音取得を１００ｍｓｅｃ毎に行い、仮に定めたしきい値を用い、鼻呼吸センサ２２又は口呼吸センサ２４によって取得された呼吸データと比較して仮呼吸有りか否かの判断を行い、呼吸データが仮のしきい値を超えているときは仮呼吸有りとし、ＬＥＤ４６を点灯し、仮のしきい値以下のときはＬＥＤを消灯するものとできる。このようにすることで、ＬＥＤ４６は、呼吸センサによって取得された呼吸データの変化につれて点灯と消灯とを繰り返す。すなわち、呼吸ピッチに対応するピッチに同期してＬＥＤ４６を点滅させることができる。この呼吸ピッチに同期したＬＥＤ４６の点滅によって、ユーザは自分が行っている鼻呼吸等のピッチと、呼吸データ収集装置２０が検出する呼吸ピッチとが合っているかを知ることができ、合っていなければ再び呼吸ピッチの検出を行う。このようにして、呼吸データ収集装置２０の呼吸データのモニタリングができる。なお、ユーザの行っている呼吸ピッチと、呼吸データ収集装置２０の検出する呼吸ピッチとが合ってくれば、例えば所定の時間経過後にこのモニタリングを終了し、ＬＥＤ４６の点滅を終了させることができる。このように、ＬＥＤ４６を、呼吸データ収集の際の呼吸ピッチの検出等の機能と、データ転送のための機能とを兼ねさせることができる。これらの機能の切換は、呼吸データ収集装置２０が、解析表示装置７０に収納されているかどうかを検出して行うことができる。

睡眠からユーザが覚醒すると、呼吸データ収集装置２０は、ユーザの顔２から外され、解析表示装置７０に取り付けられ、収集され記憶された呼吸データが転送される。

ここで、解析表示装置７０の構成について図７を用いて説明する。解析表示装置７０は、１次電源や制御部等が内部に収納される下筐体７２と、下筐体７２の一部が薄く形成され、その薄い部分に対応する部分に配置され下筐体７２に対し開閉自在に取り付けられる上筐体７４を有し、上筐体７４が閉じられるときは下筐体７２と一体化して平箱状となる装置である。図７においては、解析表示装置７０の下筐体７２の左半分の部分が右半分の部分に比べほぼ半分の厚さに薄く形成され、その薄くなった分の厚さに対応する厚さの上筐体７４が、下筐体７２に対し開閉自在に取り付けられる様子が示されている。フタ開閉スイッチ９１は、下筐体７２の上面に設けられ、上筐体７４が閉じられることを検出するスイッチである。

上筐体７４が配置されない下筐体７２の右半分には表示用ＬＣＤ９０、表示用ＬＣＤ９０の表示内容を選択するためのλ／ＭＯＤＥ選択ボタン９２とＵＰ−ＳＥＬＥＣＴボタン９３とＤＯＷＮ−ＳＥＬＥＣＴボタン９４、時刻合わせのための時刻ＳＥＴボタン９５が設けられる。表示用ＬＣＤ９０の画面の中には、クチ呼吸とハナ呼吸の割合が円グラフで表示される。図７の例では、クチ呼吸の割合が斜線で示され、約７５％がクチ呼吸、約２５％がハナ呼吸である場合が示されている。これらは、それぞれ図示されていない制御部に接続される。

上筐体７４が開閉する下筐体７２の部分に設けられるくぼみ７６は、呼吸データ収集装置２０を収納するためのものである。上記のように、ユーザの顔から取り外された呼吸データ収集装置２０は、表側をくぼみ７６の底に向けるようにして、くぼみ７６の中に挿入され、上筐体７４を下筐体７２に対し閉じることで、解析表示装置７０の内部に収納される。この収納状態の下で、以下に詳述するように、充電とデータ転送とが行なわれる。

くぼみ７６には、呼吸データ収集装置２０と間の無接点式の信号インタフェースが設けられる。１つ目は、呼吸データ収集装置２０のＬＥＤ４６に対応する受光センサ７８で、２つ目はリセットスイッチ４８に対応するリセット用ストローク７９で、３つ目は受電コイル部４２に対応する送信コイル部の一部の下側ヨーク８２である。

受光センサ７８は、呼吸データ収集装置２０のＬＥＤ４６の点滅信号を検出するセンサで、例えば、フォトダイオード又はフォトトランジスタで構成できる。受光センサ７８によって検出されたＬＥＤ４６の点滅信号は、図示されていない制御部に伝送され、データ処理されて呼吸有無データに復元され、無呼吸に関する解析が行なわれ、その結果は表示用ＬＣＤ９０に表示される。このように、呼吸データ収集装置２０と解析表示装置７０との間のデータ転送は、ＬＥＤ４６の点滅信号を検出する無接点式の光データ転送で行なわれる。

リセット用ストローク７９は、呼吸データ収集装置２０に対し初期リセット及び強制リセットを行なわせるためのもので、例えばストロークがくぼみ７６の底面から突き出ているときに呼吸データ収集装置２０が収納されると、リセット用ストローク７９の先端が呼吸データ収集装置２０のリセットスイッチ４８をオンするものとすることができる。リセット用ストローク７９のストロークをくぼみ７６に対し突き出させるか退避させるかは、例えば、フタ開閉スイッチ９１のオンオフと関連付けることができる。すなわち、上筐体７４が閉じられてフタ開閉スイッチ９１がオンとなるときに、ストロークを突き出させるものとし、呼吸データ収集装置２０のリセットスイッチ４８をオンさせるものとすれば、解析表示装置７０に呼吸データ収集装置２０を収納して上筐体７４を閉じれば必ず呼吸データ収集装置２０の回路系をリセットできる。したがって、初めて呼吸データ収集装置２０を解析表示装置７０に収納するときに初期リセットを呼吸データ収集装置２０に与えることができ、また、呼吸データ収集装置２０の動作不良と考えられる事態が生じればそのときに呼吸データ収集装置２０を解析表示装置７０に収納することで呼吸データ収集装置２０に強制リセットを与えることができる。

送信コイル部８０は、下筐体７２と上筐体７４とに分けて配置される。図８は、送信コイル部８０と、呼吸データ収集装置２０の受電コイル部４２との関係を説明する図である。送信コイル部８０は、下筐体７２に設けられるＵ字型の下側ヨーク８２と、上筐体７４に設けられるＵ字型の上側ヨーク８４と、下側ヨーク８２に巻回されるコイル８６を含んで構成される。なお、コイル８６は、上側ヨーク８４に巻回するものとしてもよい。このように、送信コイル部８０のヨークは下側ヨーク８２と上側ヨーク８４とに分割され、それぞれが下筐体７２と上筐体７４に分けて設けられる。ここで、図７に示されるように、Ｕ字型の上側ヨーク８４と、Ｕ字型の下側ヨーク８２とは、そのＵ字型の２つの先端部がそれぞれ向かい合う位置に配置される。また、下筐体７２のくぼみ７６の底面には、下側ヨーク８２のＵ字型の先端部の１つが配置される。このくぼみ７６内に配置される下側ヨーク８２の先端部は、呼吸データ収集装置２０の受電コイル部４２のドラム型フェライトのフランジ６２に対応する位置に設けられる。

したがって、上筐体７４が下筐体７２に対し開いているときは、送信コイル部８０のヨークは空間的にばらばらの状態におかれ、コイル８６に高周波信号を供給しても、それによって生成される磁束は空間の広い範囲に放射されるのみである。呼吸データ収集装置２０が解析表示装置７０のくぼみ７６に収納され、上筐体７４が下筐体７２に対し閉じられると、図８に示す状態となる。すなわち、くぼみ７６の中に設けられる下側ヨーク８２のＵ字型の一方の先端部と、これに対応する上側ヨーク８４のＵ字型の一方の先端部とは、呼吸データ収集装置２０の受電コイル部４２のドラム型フェライトの上下のフランジ６２，６４に接してこれを挟み込む。同時に、下側ヨーク８２のＵ字型の他方の先端部と、これに対応する上側ヨーク８４のＵ字型の他方の先端部が接触する。

したがって、下側ヨーク８２−受電コイル４２−上側ヨーク８４−下側ヨーク８２と、磁気回路が閉じ、この状態で送信コイル部８０のコイル８６に高周波信号が供給されると、この磁気回路に磁束が流れ、その磁束によって受電コイル部４２のコイル６６から高周波信号を受け取ることができる。このように、呼吸データ収集装置を収納して開閉型筐体を閉じたときに、上側ヨーク８４と下側ヨーク８２との間に呼吸データ収集装置２０の受電コイル部４２が配置されるように閉じた磁気回路を形成する構成をとることで、解析表示装置７０の送信コイル部８０から呼吸データ収集装置２０の受電コイル部４２へ、無接点式の無線電力供給を行うことができる。

図９は、解析表示装置７０の制御部１００の構成を示すブロック図である。ここでは、制御部１００の構成要素ではないが、制御部１００に接続される各要素として、１次電源１０２、表示用ＬＣＤ９０、受光センサ７８、送信コイル部８０、受電コイル部４２、ＬＥＤ４６、フタ開閉スイッチ９１、λ／ＭＯＤＥ選択ボタン９２、ＵＰ−ＳＥＬＥＣＴボタン９３、ＤＯＷＮ−ＳＥＬＥＣＴボタン９４、時刻ＳＥＴボタン９５等も図示されている。

制御部１００は、呼吸データの解析等を行なう制御用ＣＰＵ１０４と、呼吸データを記憶するフラッシュメモリ１０６と、制御用ＣＰＵ１０４、１次電源１０２の電圧を制御された一定電圧にするＤＣ／ＤＣコンバータ１０８、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０８の電圧を送信コイル部８０に供給する高周波信号の電圧に昇圧する昇圧回路１１０と、受光センサ７８の検出値を増幅するセンサ増幅回路１１２等を含んで構成されている。ここで、例えば、１次電源１０２の電圧を約４．８Ｖ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０８の出力を３Ｖ、昇圧回路１１０の出力を５Ｖとすることができる。

制御部１００は、解析表示装置７０に呼吸データ収集装置２０が収納されて上筐体７４が閉じられたことをフタ開閉スイッチ９１によって検出すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０８の出力を昇圧する指令信号を昇圧回路１１０に与えると共に、高周波発振信号を昇圧回路１１０に供給し、昇圧された高周波信号が、送信コイル部８０のコイル８６に供給される。このとき、図８で説明したように、送信コイル部８０の上側ヨーク８４と下側ヨーク８２と、呼吸データ収集装置２０の受電コイル部４２とは閉じた磁気回路を形成するので、送信コイル部８０に供給された高周波信号は、受電コイル部４２によって受電される。このように、無接点式で無線電力供給が呼吸データ収集装置２０に対し行なわれる。

呼吸データ収集装置２０が無線電力供給を受けると、制御ＬＳＩ４４等が作動し、記憶されている呼吸データを予め定められた送信プロトコルに従って変換してＬＥＤ４６を点滅させる。ＬＥＤ４６の点滅信号は、受光センサ７８によって検出され、センサ増幅回路１１２によって増幅される。このようにして、呼吸データ収集装置２０と解析表示装置７０との間で、無接点式の光データ転送が行なわれる。増幅された信号は制御用ＣＰＵ１０４に伝送され、呼吸データとして復元され、必要な解析が実行される。解析結果は、表示用ＬＣＤ９０に表示される。表示内容の変更は、λ／ＭＯＤＥ選択ボタン９２等の操作によって行なわれる。

このように、ＬＥＤの点滅信号によって呼吸データ収集装置２０から解析表示装置７０へのデータ転送を行い、送信コイル部と受電コイル部との間で無線電力供給を行って解析表示装置７０から呼吸データ収集装置２０へ充電が行なわれる。このように、無接点式でデータ転送と充電を行なうので、接点式の開口部を有する入出力ポートをなくすことができ、したがって呼吸データ収集装置を防水性の樹脂で覆って洗浄を可能とすることができる。

無接点式でデータの転送を行うもう１つの方法として、微弱電波による無線通信を用いることができる。図１０は、無線通信により呼吸データの転送を行うことができる呼吸データ収集システム１２０の構成を示す図である。データ転送を無線通信で行うことを除けば、図７等で説明した内容と同様であるので、以下では、無線通信に関する部分を中心に説明する。

無線通信方式の呼吸データ収集システム１２０は、無線通信機能を有する解析表示装置１２２と、無線通信機能を有する呼吸データ収集装置１２４とから構成される。解析表示装置１２２は、無線送受信用アンテナ１２６と、呼吸データ収集装置１２４に対し、データ転送を行っている旨等を知らせるスピーカ１２８とを備える。そして解析表示装置制御用ＣＰＵ１０４には、無線通信用の送信ブロック１３２と受信ブロック１３４、スピーカ１２８のための音声ドライバ１３６及び音声メモリ１３８が接続される。呼吸データ収集装置１２４は、被着パッドから例えば裏地に粘着テープ等の固定手段を有する無線送受信用アンテナ１３０が延ばされて設けられ、その制御ＬＳＩ４４には、無線通信用の送信ブロック１３２と受信ブロック１３４が接続される。図１０に示されるように、送信ブロック１３２は、解析表示装置１２２及び呼吸データ収集装置１２４において同じ回路を用いることができる。同様に、受信ブロック１３４も、解析表示装置１２２及び呼吸データ収集装置１２４において同じ回路を用いることができる。

図１１は、送信ブロック１３２と受信ブロック１３４の内部回路構成を示す図である。図１１（ａ）は送信ブロック１３２を示し、ここでは送信データ信号Ｔ_xＤａｔａ、送信のオン・オフ信号、無線通信周波数ｆ設定信号が用いられ、回路的には相互に異なる周波数を有する２つの発振回路と、ＰＬＬ回路とで構成される。図１１（ｂ）は受信ブロック１３４を示し、ここでは受信データ信号Ｒ_xＤａｔａ、受信同期信号ＤＳＲ、無線通信周波数ｆ設定信号が用いられ、回路的には発振回路を含む検波回路と、ＰＬＬ回路とで構成される。

かかる構成の呼吸データ収集システム１２０のデータ転送について説明する。データ転送には、無線通信の法規制に適合した周波数帯及び送受信の電波強度の電波を用いることができる。例えば３１２．７ＭＨｚから３１８．４ＭＨｚ帯の微弱電波を用いることができる。呼吸データの転送は、呼吸データ収集装置１２４において、鼻呼吸センサ２２、口呼吸センサ２４が検出したデータそのもの、あるいは簡単な信号処理を行った後のものを、無線送信可能なデータ形式にして、送信ブロック１３２からリアルタイムで送信する。解析表示装置１２２では、送信されてきた電波を受信ブロック１３４で受信する。受信された信号は適当な復調処理が行われ、呼吸データとして解析表示装置制御用ＣＰＵ１０４に渡される。

また、解析表示装置１２２には送信ブロック１３２が備えられ、呼吸データ収集装置１２４には受信ブロック１３４が備えられるので、解析表示装置１２２から呼吸データ収集装置１２４に対し、必要な指令信号を与えることができる。指令信号としては、データ転送指令、あるいは、測定開始の前のリセット指令信号等がある。

また、解析表示装置１２２は、スピーカ１２８を有するので、これを用いて、呼吸データ収集装置１２４のユーザに対し、音声による指示を与えることもできる。例えば、データ収集の先立ち、呼吸データのモニタリングを行うために、「鼻呼吸をして下さい」、「口呼吸をして下さい」、「モニタリングを終了します」等の指示を与えることができる。また、「ピッ、ピッ、ピッ、・・」等の周期的音声でピッチを与えて、鼻呼吸及び口呼吸を行わせることができる。

図７等で説明した呼吸データ収集システム１０では、呼吸データを一旦呼吸データ収集装置２０のメモリに記憶し、その記憶されたデータを光通信によって解析表示装置７０に転送するもので、例えば１睡眠に１回のデータ転送が行われる。これにいわばバッチ方式でデータが転送される。これに対し、図１０で説明した無線通信方式では、呼吸データ収集装置が検出した呼吸データを、ほぼリアルタイムで、解析表示装置１２２に転送できる。したがって、呼吸データ収集装置１２４におけるメモリ容量を大幅に削減できる。

本発明に係る実施の形態において、呼吸データ収集システムの構成を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、呼吸データ収集装置を構成する要素を説明するための分解図である。 本発明に係る実施の形態において、受電コイル部の構造を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、呼吸データ収集装置を製作する手順を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、呼吸データ収集装置の断面図である。 本発明に係る実施の形態において、呼吸データ収集装置のＬＥＤ及び導光体周辺の拡大断面図である。 本発明に係る実施の形態において、解析表示装置の構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、送信コイル部と、呼吸データ収集装置の受電コイル部との関係を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、解析表示装置の制御部の構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態において、無線通信方式による呼吸データ収集システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、無線通信方式に用いられる送信ブロックと受信ブロックの内部構成を説明する図である。

符号の説明

２ 顔、４ 鼻孔、６ 口、１０，１２０ 呼吸データ収集システム、２０，１２４ 呼吸データ収集装置、２２ 鼻呼吸センサ、２４ 口呼吸センサ、２６ 回路基板、２８ 金属板、３０ 導光体、３１ 凹凸、３２，３４，３６，３８ 電極端子、３３，３５，３７，３９ 接続端子、４０ ２次電池、４２ 受電コイル部、４４ 制御ＬＳＩ、４６ ＬＥＤ、４８ リセットスイッチ、５０ ゲル状樹脂、５２，５６，５８ 位置、５４ 非粘着性フィルム、６２，６４ フランジ、６６，８６ コイル、７０，１２２ 解析表示装置、７２ 下筐体、７４ 上筐体、７６ くぼみ、７８ 受光センサ、７９ リセット用ストローク、８０ 送信コイル部、８２ 下側ヨーク、８４ 上側ヨーク、９０ 表示用ＬＣＤ、９１ フタ開閉スイッチ、９２ λ／ＭＯＤＥ選択ボタン、９３ ＵＰ−ＳＥＬＥＣＴボタン、９４ ＤＯＷＮ−ＳＥＬＥＣＴボタン、９５ 時刻ＳＥＴボタン、１００ 制御部、１０２ １次電源、１０４ 制御用ＣＰＵ、１０６ フラッシュメモリ、１０８ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１０ 昇圧回路、１１２ センサ増幅回路，１２６，１３０ 無線送受信用アンテナ、１２８ スピーカ、１３２ 送信ブロック、１３４ 受信ブロック、１３６ 音声ドライバ、１３８ 音声メモリ。

Claims (9)

1. 顔に被着して呼吸データを収集する呼吸データ収集装置と、呼吸データ収集装置から呼吸データの転送を受けて呼吸データを解析し表示する解析表示装置とを含む呼吸データ収集システムであって、
   呼吸データ収集装置は、
   防水性の樹脂で成形され、顔の鼻孔又は口の近傍付近を被着し着脱可能な被着パッドと、
   被着パッドに取り付けられ、呼吸状態を検出する呼吸センサと、
   被着パッドに内蔵され、呼吸センサにより検出されたデータを収集し記憶するデータ収集回路と、
   被着パッドに内蔵され、収集された呼吸データを予め定められた送信プロトコルに従って、無線電波または光通信によって、解析表示装置に送信する送信手段と、
   被着パッドに内蔵される２次電池と、
   被着パッドに内蔵され、解析表示装置から送信される電源用高周波信号を受信する受電コイルと、
   受電コイルにより受信された高周波信号を整流し２次電池を充電する整流充電回路と、
   を備え、
   解析表示装置は、
   呼吸データ収集装置の送信手段からの無線電波または光通信による信号を受信し、呼吸データに変換する受信手段と、
   １次電源と、
   １次電源により駆動され高周波信号を生成する高周波発振回路と、
   高周波信号を呼吸データ収集装置に送信する送信コイル部と、
   を備えることを特徴とする呼吸データ収集システム。
2. 請求項１に記載の呼吸データ収集システムにおいて、
   解析表示装置は、
   顔から外された呼吸データ収集装置を上下から挟んで収納する開閉型筐体を有し、
   送信コイル部は、ヨークとコイルとを含み、
   ヨークは、開閉型筐体の上側筐体に上側ヨークが、下側筐体に下側ヨークがそれぞれ分けて設けられ、呼吸データ収集装置を収納して開閉型筐体を閉じたときに、上側ヨークと下側ヨークとの間に呼吸データ収集装置の受電コイル部が配置されるように閉じた磁気回路を形成することを特徴とする呼吸データ収集システム。
3. 請求項２に記載の呼吸データシステムにおいて、
   送信手段として、
   呼吸データの収集が終わって呼吸データ収集装置が顔から外された後に、収集された呼吸データを予め定められた送信プロトコルに従って、ＬＥＤの点滅による光通信によってバッチ方式で解析表示装置に送信するＬＥＤ送信部を有することを特徴とする呼吸データ収集システム。
4. 請求項３に記載の呼吸データ収集システムにおいて、
   呼吸データ収集装置が顔に被着されてデータ収集を行っている際に、呼吸センサによって呼吸を検出するのと同期させてＬＥＤを点滅させる同期点灯手段を有することを特徴とする呼吸データ収集システム。
5. 請求項２に記載の呼吸データシステムにおいて、
   送信手段として、
   呼吸データ収集装置が顔に被着されてデータ収集を行っているときに、収集された呼吸データを予め定められた送信プロトコルに従って、無線電波によってリアルタイム方式で解析表示装置に送信する無線送信ブロックを有することを特徴とする呼吸データシステム。
6. 請求項３に記載の呼吸データ収集システムにおいて、
   呼吸データ収集装置は、
   焦電性高分子フィルムである呼吸センサと、
   被着パッドに内蔵され、整流充電回路と、データ収集回路と、収集された呼吸データを予め定められた送信プロトコルに従ってＬＥＤを点滅させて解析表示装置に対し送信するＬＥＤ送信部とを含む回路基板と、
   被着パッドに内蔵され、顔の鼻孔又は口の近傍の顔形状に適合させるために形状変形可能で、かつ変形された形状を保持できる金属板と、
   を含むことを特徴とする呼吸データ収集システム。
7. 請求項６に記載の呼吸データ収集システムにおいて、
   被着パッドは、少なくともＬＥＤから点滅する光の経路部分が透光性を有することを特徴とする呼吸データ収集システム。
8. 請求項７に記載の呼吸データ収集システムにおいて、
   被着パッドは、ＬＥＤから点滅する光の経路部分に設けられる透光性の導光体を有し、抗菌剤を含むシリコン樹脂で一体成形されることを特徴とする呼吸データ収集システム。
9. 請求項１に記載の呼吸データ収集システムにおいて、
   被着パッドは、粘着性を有するゲル状樹脂で一体成形され、顔と接触する内面側以外の部分が非粘着性フィルムで覆われることを特徴とする呼吸データ収集システム。

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