СПОСОБ ПРЕРЫВАНИЯ ХРАПЕНИЯ
METHOD OF INTERRUPTING SNORING

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам воздействия во время сна на храпящего человека, приводящим к прекращению храпа.
Из достигнутого уровня техники известны не только средства, препятствующие храпению, но и две группы способов прерывания храпения спящего человека в случае его возникновения. В способах прерывания храпения, относящихся к первой группе, осуществляют прием звукового сигнала от спящего человека, преобразование принятого звукового сигнала в электрический сигнал, который подвергают электронной обработке, обеспечивающей обнаружение в принятом сигнале храпа, а после обнаружения (распознавания) храпа вплоть до его прекращенная осуществляют с помощью средств, управляемых по проводной или беспроводной линии связи, различное воздействие на храпящего человека, ощутимое им в степени, достаточной для его пробуждения, которое сопровождается изменением им самостоятельно своего положения на кровати до тех пор, пока его голова не примет положения, при котором храп прекратится. При осуществлении способов прерывания храпения, относящихся к первой группе, наиболее часто используются следующие воздействия на храпящего человека: воздействие электрическими импульсами, осуществляемое с помощью двух электродов, размещаемых предварительно на теле человека и подключенных к выходу управляемого генератора импульсов (см., например, заявки FR - A1 - №2510884, 1982, DE - A1 - №3842123, 1990, патенты US - A - №3480010, 1969; №4715367, 1987; №5123425, 1992; №5265624, 1993); воздействие соответствующим звуковым сигналом, которое осуществляется с помощью наушника, размещаемого предварительно перед сном в ухе человека (см., например, заявки DE - A1 - №3529936, 1987; WO - A1 - №5494, 1987; патенты US - A - №3696377, 1972; DE - C2 - №4406860, 1997), или с помощью громкоговорителя (см., например, патенты US - A - №4220142, 1980; EP - B1 - №664995, 1995); вибрационное воздействие (см., например, патенты US - A - №3089130, 1963; №5458105, 1995; EP - B1 - №171321, 1985; заявку WO - A1 - №2577, 1987); воздействие вспышками видимого света (см. патент EP - B1 - №493719, 1991); а также воздействие или одновременно вспышками видимого света, электрическими импульсами, звуковым сигналом и вибрацией, или в любом их сочетании (см. патент DE - C3- №2646643, 1979).
Общий недостаток описанных выше способов прерывания храпения заключается в том, что при их использовании возникают неудобства в ночное время, связанные с пробуждением спящего человека всякий раз, когда он начинает храпеть, которое в большинстве случаев сопровождается периодом бессонницы той или иной длительности. Кроме того, за счет фрагментации сна человек после пробуждения утром в большинстве случаев не ощущает ни должного отдыха, ни полного восстановления физических сил. Как правило, ощущение человеком разбитости утром отрицательно сказывается на его самочувствии и в дневное время.
В способах прерывания храпения, относящихся ко второй группе, так же как и в описанных выше способах первой группы, осуществляют прием звукового сигнала от спящего человека, преобразование принятого звукового сигнала в электрический сигнал, который подвергают электронной обработке, обеспечивающей выделение из него составляющей, параметры которой совпадают с заранее установленными характеристическими параметрами звуковых импульсов при храпе, а после распознавания в принятом сигнале храпа, вплоть до его прекращения (в отличие от описанных выше способов первой группы), осуществляют или воздействие на лежащего на спине и храпящего человека (например, воздушным потоком на его ухо, как описано в авторском свидетельстве SU - A1 - №1553119, 1990), либо колеблющейся вуалью, легко касающейся его лица (как описано в заявке FR - A1 - №2651120, 1990), вынуждающее его самостоятельно без пробуждения перевернуться на бок, или воздействие на ложе (как описано в заявке WO - A1 - №1912, 1990), либо на подушку (как описано в патенте US - A - №4941478, 1990), приводящее к изменению положения головы, а следовательно, и положения языка в полости рта относительно гортани спящего человека без его пробуждения.
В качестве прототипа взят способ прерывания храпения, относящийся ко второй группе способов и характеризующийся совокупностью признаков, наиболее близкой к совокупности существенных признаков патентуемого изобретения (см. патент US - A -№4941478, 1990). Согласно прототипу осуществляют прием звукового сигнала от спящего человека и преобразование его в электрический сигнал с помощью микрофона, установленного на нижней, неподвижной части подушки, верхняя часть которой выполнена с возможностью поворота посредством управляемого привода относительно горизонтальной оси, расположенной в продольной вертикальной плоскости симметрии подушки и фиксации в требуемых положениях. Электрический сигнал подвергают электронной обработке, обеспечивающей выделение из него составляющей, параметры которой совпадают с заранее установленными характеристическими параметрами звуковых импульсов при храпе, а после распознавания в принятом сигнале храпа осуществляют дискретный поворот верхней части подушки относительно упомянутой выше горизонтальной оси до тех пор, пока голова спящего человека (а следовательно и язык в полости его рта относительно гортани) не примет положение, при котором храп прекратится, при этом каждый очередной поворот верхней части подушки на дискретный угол осуществляют через интервал времени, достаточный для достоверного распознавания продолжающегося храпа, и во время очередной звуковой посылки храпящего человека, следующей по окончанию упомянутого выше интервала времени. Согласно прототипу при электронной обработке электрический сигнал сначала ограничивают снизу с пороговым уровнем, достаточным для подавления воздействующих на микрофон посторонних (фоновых) шумов, а затем выделяют из него импульсы с амплитудой, превышающей упомянутый вше пороговый уровень, и с длительностью в пределах границ первого заданного заранее диапазона длительностей, измеряют интервал времени между этими импульсами, а обнаружение в обрабатываемом сигнале последовательности из заданного числа выделенных ранее импульсов, следующих друг за другом с интервалом, не выходящим за пределы второго заранее заданного диапазона длительностей, соответствует окончанию очередного цикла процесса распознавания храпа. После этого формируют управляющий сигнал, который во время длительности следующего импульса, соответствующего очередной звуковой посылке храпящего человека, подают на управляемый привод верхней части подушки.
Недостаток прототипа заключается в том, что его использование не только создает неудобства для спящего человека, но и может привести даже к осложнениям при заболеваниях позвоночника. Действительно, наклон верхней части подушки относительно ее горизонтальной продольной оси приводит к тому, что прекращение храпа происходит в результате поворота головы спящего на спине человека на бок. Поскольку эта вынужденная поза спящего человека не является удобной, поэтому она не может длительно сохраняться во время сна. Прототип имеет также существенные ограничения по использованию, поскольку лица, страдающие шейным остеохондрозом или сосудистыми заболеваниями шейной области в большинстве случаев вообще, не могут принять позу, сопутствующую прототипу и соответствующую прекращению храпа во время сна. Кроме того, используемая в прототипе электронная обработка электрического сигнала не обеспечивает высокой помехозащищенности от импульсных помех. Это приводит к необходимости согласования не только момента формирования управляющего сигнала, но и его длительности с моментом появления и длительностью импульсов, соответствующих звуковым посылкам храпящего человека.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по устранению указанных выше недостатков. Техническим результатом, достигаемым при использовании патентуемого изобретения, являются повышение удобства поз, соответствующих прекращению храпа во время сна, отсутствие осложнений и травматизма, а также возможность использования патентуемого способа лицами, страдающими шейным остеохондрозом, сосудистыми заболеваниями шейной области и т.п. Кроме того, патентуемый способ обеспечивает повышение помехозащищенности от импульсных помех.
Поставленная задача решена тем, что в способе прерывания храпения, включающем прием с помощью микрофона звукового сигнала от спящего на ложе человека и преобразование его в электрический сигнал, который подвергают электронной обработке, обеспечивающей выделение из него составляющей, параметры которой совпадают с заранее установленными характеристическими параметрами импульсных посылок храпа, а после обнаружения в принятом сигнале храпа осуществляют дискретный поворот части ложа, согласно изобретению, ложе содержит, по крайней мере, неподвижную, горизонтально расположенную секцию и выполненную с изголовьем спинную секцию, которая установлена с обеспечением возможности дискретного изменения в диапазоне от 0° до 50° угла φ ее наклона относительно горизонтальной плоскости за счет поворота относительно горизонтальной, поперечной оси, а после обнаружения в принятом сигнале храпа осуществляют дискретный поворот спинной секции относительно горизонтальной, поперечной оси в сторону увеличения угла φ до тех пор, пока спинная секция не примет положения, при котором храп прекратится, при этом изменение угла наклона спинной секции в сторону увеличения угла φ осуществляют путем выполнения в чередующейся последовательности операций обнаружения в принимаемом звуковом сигнале храпа и операций поворота спинной секции на угол, соответствующий шагу дискретизации угла поворота, а при невозобновлении храпа в течение заданного интервала времени осуществляют дискретное изменение угла наклона спинной секции в сторону уменьшения угла φ до ее первоначального положения с заданным интервалом времени между поворотами на угол, соответствующий шагу дискретизации угла поворота.
Кроме того, в предпочтительном воплощении электронной обработки электрический сигнал с выхода микрофона сначала усиливают в полосе частот 600 Гц, центрированной относительно частоты 800 Гц, и выделяют огибающую импульсов, а затем выделяют импульсы с амплитудой, превышающей заданный пороговый уровень, и с длительностью, не выходящей за пределы границ первого диапазона длительностей, измеряют интервал времени между выявленными импульсами, а после обнаружения в анализируемом электрическом сигнале последовательности из заранее заданного числа импульсов с длительностью, не выходящей за пределы границ первого диапазона длительностей, и следующих друг за другом с интервалом, не выходящим за пределы границ второго диапазона длительностей, формируют сигнал об окончании очередного цикла процесса обнаружения в принятом сигнале храпа.
В другом предпочтительном воплощении изобретения микрофон размещают вблизи основания, на котором размещено ложе.
Преимущество патентуемого способа перед прототипом заключается в том, что обеспечение прекращения храпения за счет изменения наклона выполненной с изголовьем спинной секции ложа относительно горизонтальной плоскости, не приводит к изменению положения головы спящего человека относительно верхней части его туловища. В результате обеспечивается удобство (оптимальность) позы, соответствующей прекращению храпа без пробуждения спящего человека и не приводящей к осложнениям и травматизму лиц, в том числе и страдающих шейным остеохондрозов и сосудистыми заболеваниями шейно-воротниковой области.
Кроме того, за счет повышения помехозащищенности от импульсных помех обеспечивается уменьшение времени, необходимого для прерывания храпения, что особенно важно для лиц с синдромом обструктивного апноэ сна.
Остальные преимущества патентуемого способа будут ясны из дальнейшего изложения,
В дальнейшем настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения указанных выше технических результатов патентуемой совокупностью существенных признаков.
На чертеже изображена принципиальная схема устройства для осуществления патентуемого способа прерывания храпения, которое содержит основание 1, например в виде рамы, на котором размещено ложе, содержащее расположенные в продольном направлении основания 1, по крайней мере, неподвижную, горизонтально расположенную секцию 2 и выполненную с изголовьем спинную секцию 2, которая шарнирно соединена с неподвижной секцией 2 с обеспечением возможности изменения угла φ ее наклона в диапазоне от 0 до 60 градусов относительно горизонтальной плоскости за счет поворота ее относительно горизонтальной, поперечной (относительно основания 1) оси 4 посредством соответствующего механизма. Механизм изменения угла наклона спинной секции S относительно горизонтальной плоскости выполнен, например, в виде рычага 5, который механически связан с управляемым приводом 7 (предпочтительно электрическим) и снабжен опорным роликом 6.
п
Устройство содержит также последовательно соединенные между собой микрофон 8, устанавливаемый вблизи основания 1, например на тумбочке или стуле, усилитель-фильтр 9, обеспечивающий усиление и фильтрацию в полосе 600 Гц, центрированной относительно частоты 800 Гц, блок 10 выделения огибающей импульсов, соответствующих импульсным посылкам храпящего человека, компаратор 11, выделяющий импульсы, амплитуда которых превышает заданное, пороговое значение V. Выход компаратора 11 соединен с входом блока 12 обнаружения сигнала, соответствующего храпу. Выход блока 12 соединен с входом блока 13 управления приводом 7.
Основание 1 может быть выполнено в виде кроватного каркаса, а именно снабжено четырьмя опорами 14, например роликовыми, а также торцевыми стенками (на чертеже не показаны). В принципе, при осуществлении патентуемого способа могут быть использованы и известные из уровня техники функциональные кровати (см., например, патент RU - С1 - №2261695, 2005), ложе которых, кроме упомянутых выше секций, дополнительно содержит промежуточную и ножную секции, которые шарнирно соединены между собой, а промежуточная секция шарнирно соединена также и с неподвижной (тазобедренной) секцией. Следовательно, при использовании в настоящем изобретении известных из уровня техники функциональных кроватей необходимо установить промежуточную и ножную секции этих кроватей в нижнее горизонтальное положение. В принципе, спинная секция 3 может быть шарнирно соединена непосредственно с основанием 1.
Проведенные исследования спектрального составе импульсных посылок храпа различных людей показали, что спектр мощности этих импульсных посылок сосредоточен в диапазоне от 500 до 1100 Гц, а его максимум - в области от 720 до 900 Гц. На основании этих результатов были заданы частотные характеристики усилителя-фильтра 9. В описанном выше устройстве используются хорошо известные из уровня техники функциональные блоки, а именно усилитель-фильтр (см. патенты ЕР №145160, 1989; №664995, 1998), компаратор (см. патент US №5458105, 1995). Блок 12 обнаружения сигнала, соответствующего храпу, выполнен в виде микроконтроллера, иными словами, аналогично тому, как в прототипе. В простейшем случае в качестве блока 10 выделения огибающей импульсных посылок храпящего человека может быть использован амплитудный детектор (см. Автоматизация производства и промышленная электроника, т.1, ГНИ “Советская энциклопедия”, М.: 1962, с.311). Верхняя граница диапазона угла φ, а именно 60°, обусловлена тем, что при углах наклона, превышающих 60°, имели место случаи пробуждения спящего человека.
o
о
Патентуемый способ осуществляется следующим образом. В случае необходимости (например, в соответствии с индивидуальными пожеланиями пользователя) устанавливают первоначальный наклон φ=φ спинной секции 3 относительно горизонтальной плоскости. Во время сна с помощью микрофона 8, установленного вблизи основания 1, предпочтительно выполненного в виде кроватного каркаса, осуществляют прием звукового сигнала от человека, спящего, например, как показано на чертеже, на двухсекционном ложе. Установка микрофона 8 вблизи (вне) основания 1 позволяет, по сравнению с прототипом, исключить искажения при приеме импульсных посылок храпящего человека. Принятый микрофоном 8 звуковой сигнал преобразуют в электрический, который подвергают электронной обработке, обеспечивающей выделение из него составляющей, параметры которой совпадают с заранее установленными характеристическими параметрами звуковых импульсных посылок храпа. После обнаружения с соответствующей достоверностью в принятом сигнале храпа осуществляют с помощью снабженного управляемым приводом 7 механизма изменения угла наклона спинной секции 3 относительно горизонтальной плоскости дискретный (но без рывков) поворот (с шагом дискретизации угла поворота в диапазоне от 1 до 5 градусов, предпочтительно от 1,5° до 3°) спинной секции 3 относительно оси 4 в сторону увеличения угла φ до тех пор, пока спинная секция 3 не примет углового положения, при котором храп прекратится вследствие изменения под действием гравитации положения расслабленного во время сна языка относительно гортани. При этом изменение угла наклона спинной секции в сторону увеличения угла φ осуществляют путем выполнения в чередующейся последовательности операций обнаружения в принимаемом звуковом сигнале храпа и операций поворота спинной секции 3 на угол, соответствующий шагу дискретизации угла поворота. Иными словами, каждый очередной поворот спинной секции 3 на дискретный угол осуществляют только после обнаружения с соответствующей достоверностью продолжающегося храпа. После прекращения храпа угловое положение спинной секции 3 остается неизменным в течение заданного интервала времени, например от 5 до 25 минут. Если за указанный выше интервал времени храп не возобновится, то осуществляют дискретный (с шагом дискретизаций угла поворота от одного до пяти градусов) поворот спинной секции 3 относительно оси 4 в сторону уменьшения угла φ с интервалом времени между дискретными поворотами от 5 до 25 минут вплоть до начального положения спинной секции 3, а именно: φ=0 или φ=φ. В случае возобновления храпа вновь осуществляют поворот спинной секции 3 относительно оси 4 в сторону увеличения угла φ вплоть до прекращения храпа. Здесь необходимо отметить, что при шаге дискретизации угла поворота, меньшем 1°, неоправданно увеличивается время, необходимое для прерывания храпения, которое, в большинстве случаев, имеет место при φ=35-48°. При шаге дискретизации угла поворота, превышающем 5°, имели место случаи пробуждения храпящего человека.
Для осуществления электронной обработки электрического сигнала с выхода микрофона 8 могут быть использованы различные известные из уровня техники технические решения (см. ссылки, приведенные выше, как аналоги). Согласно патентуемому способу предварительно задают следующие характеристические параметры импульсных посылок храпа, которые заносят в память блока 12 через вход 121. Нижнюю границу (от 0,3 до 0,9 сек) и верхнюю границу (от 1,0 до 8,0 сек) первого диапазона длительностей, соответствующих длительности импульсных посылок храпа, предпочтительно в диапазоне от 0,3 до 4,0 сек. Нижнюю границу (от 0,3 до 0,9 сек) и верхнюю границу (от 1,0 до 8,0 сек) второго диапазона длительностей, соответствующих интервалу времени между импульсными посылками храпа (предпочтительно в диапазоне от 0,3 до 4,0 сек) или, иными словами, соответствующих длительности выдоха спящего человека. Число N≥2 импульсов с длительностью, не выходящей за границы первого диапазона длительностей, и следующих друг за другом с интервалом, не выходящим за границы второго диапазона длительностей. Предпочтительно N выбирается в диапазоне от 5 до 10, причем чем больше N, тем достоверность обнаружения храпа выше.
п
В предпочтительном воплощении патентуемого изобретения электронная обработка электрического сигнала включает не только известные из прототипа действия над электрическим сигналом, но и дополнительные действия, обеспечивающие повышение эффективности подавления импульсных помех, создаваемых не только находящимися в помещении бытовыми приборами, но и приводом 7. Согласно настоящему изобретению электрический сигнал с выходе микрофона 8 сначала с помощью усилителя-фильтра 9 усиливаем в полосе частот 600 Гц, центрированной относительно частоты 800 Гц, с помощью блока 10 выделяют огибающую импульсов и только после этого (аналогично тому, как в прототипе), с помощью компаратора 11 выделяют импульсы с амплитудой, превышающей заданный пороговый уровень - V, из которых с помощью блока 12 выделяют импульсы с длительностью, не выходящей за пределы границ первого диапазона длительностей, и измеряют интервал времени между выделенными импульсами, а после обнаружения в анализируемом электрическом сигнале последовательности из N, предпочтительно N=(5÷10), импульсов с длительностью, не выходящей за пределы границ первого диапазона длительностей, и следующих друг за другом с интервалом, не выходящим за пределы границ второго диапазона длительностей, формируют сигнал об окончании очередного цикла процесса обнаружения (распознавания) в принятом сигнале храпа, а затем осуществляют поворот спинной секции 8 в направлении увеличения угла φ на угол, соответствующий выбранному шагу, например 2°, дискретизации угла поворота, путем подачи упомянутого выше сигнала на вход блока 13 управления приводом 7, обеспечивающего длительность работы привода 7, необходимую для поворота спинной секции 3 на угол, соответствующий выбранному шагу дискретизации угла поворота.
Введение упомянутых выше дополнительных (по сравнению c прототипом) признаков, с одной стороны, за счет усиления и фильтрации в полосе пропускания, соответствующей ширине (от 500 до 1100 Гц) спектра мощности импульсных посылок храпа, обеспечивает эффективную передачу энергии преимущественно импульсов, соответствующих импульсным посылкам храпа, а следовательно, увеличение соотношения: полезный сигнал/помеха. С другой стороны, выделение огибающей импульсов, соответствующих импульсным посылкам храпа, обеспечивает преобразование полезного сигнала в форму (в последовательность видеоимпульсов), которая (благодаря возможности выбора соответствующей величины постоянной времени) в существенно меньшей степени зависит от таких параметров, как прерывистость импульсных посылок храпа, неравномерность амплитуды в пределах каждой импульсной посылки. В результате при последующей амплитудной дискриминации обеспечивается эффективное подавление импульсных помех, создаваемых находящимися в помещении бытовыми приборами и приводом 7. Кроме того, при осуществлении в блоке 12 селекции импульсов по длительности уменьшается вероятность пропуске импульса полезного сигнала (вследствие прерывистости звуковой импульсной посылки или сильной неравномерности громкости), а следовательно, уменьшается время, затрачиваемое на обнаружение храпа.
Повышение помехозащищенности позволяет осуществлять дискретное изменение наклона спинной секции 3 (как в сторону увеличения угла φ, так и в сторону его уменьшения) или с заданным постоянным шагом, или с шагом, изменяющимся по заданному закону, иными словами, отпадает необходимость, как в прототипе, в синхронизации работы привода механизма поворота с моментом появления и длительностью импульсной посылки храпа.
Клинические испытания патентуемого способа проводились в Отделении восстановительного сна ФГУ “Клинический санаторий “Барвиха” Управления делами Президента РФ. Исследовалась группа добровольцев обоих полов в возрасте от 32 до 65 лет, хранящих во время сна, в том числе и с синдромом обструктивного апноэ сна. Исследование включало три этапа, а именно, адаптационный, диагностический без прерывания храпения и диагностический с прерыванием храпения.
На адаптационном этапе пациенты привыкали спать на кровати, предназначенной для осуществления патентуемого способа, а именно с выполненной с изголовьем спинной секцией, которая установлена с возможностью дискретного изменения в диапазона от 0 до 60° угла ее наклона относительно горизонтальной плоскости за счет поворота относительно горизонтальной, поперечной (относительно кроватного каркаса) оси. На этом этапе определялась также необходимость для каждого пациента установки начального угла наклона спинной секции ложа относительно горизонтальной плоскости.
На диагностическом этапе без прерывания храпения у пациентов проводился кардио-респираторный мониторинг, который включал в себя: мониторирование храпа, остановок дыхания во сне, насыщение, крови кислородом, пульс. На этом этапе патентуемый способ не использовался.
На третьем этапе исследований проводился такой же, как и на втором этапе, кардио-респираторный мониторинг, но с прерыванием храпения путем дискретного с шагом 2° увеличения угла наклона спинной секции относительно горизонтальной плоскости до момента прекращения храпа. В случае невозобновления храпа в течение 10 мин осуществляли дискретное изменение (с шагом 2°) угла наклона спинной секции в сторону уменьшения упомянутого выше угла до ее первоначального положения с интервалом времени 10 мин между каждыми поворотами на угол, равный 2°.
Уже во время первой диагностической ночи, соответствующей третьему этапу исследований, была отмечена положительная динамика у пациентов, а именно уменьшение представленности храпа, снижение тяжести нарушений дыхания во сне, улучшение показателей насыщенности крови кислородом. Все пациенты не испытывали субъективных неудобств, связанных с неоднократно повторяющимися изменениями угла наклона спинной секции от начального (0÷16°) до 36÷48°, при котором храп прекращался. По окончанию третьего этапа исследований только у одного пациента (со средней степенью тяжести апноэ сна) не было выявлено существенной динамики состояния. Таким образом, патентуемый способ может быть рекомендован для пациентов с храпом и синдромом обструктивного апноэ сна с целью уменьшения звукового феномена храпа и облегчения нарушений дыхания во сне.
Промышленная применимость патентуемого способа подтверждается также возможностью его осуществления с использованием известных из уровня техники средств как в клинической практике, так и в домашних условиях.