JP2010518939A - センサ構成を有する心弾動センサシステム及び身体運動の心弾動検出をする方法 - Google Patents

Abstract

被検体の身体運動を検出するための少なくとも一つの心弾動センサと、振動を検出する少なくとも一つの雑音センサとを含むセンサ構成、身体運動を心弾動検出する方法、心弾動センサシステム、及びセンサ構成の使用が提供される。心弾動検査を受けている被検体から防振された内部センサを使用して、外部の雑音信号をピックアップすることが示唆される。

Description

本発明は、センサ構成、身体運動の心弾動検出をする方法、心弾動センサシステム、及びセンサ構成の使用に関する。

心弾動図検査（ballistocardiography）は、心収縮及び血液の放出、並びに大きい血管を流れる血流量の減速と関連した衝撃力によって与えられる被検体の身体運動を検出する技術である。心弾動図検査は、快適及び控え目な態様で、被検体の心拍数及び呼吸数を測定するのに使用される。検出される機械的な力は、小さく、それゆえ非常に高感度な圧力センサが、利用され、被検体の身体に取り付けられる。例えば被検体は、センサの上に座るか、又は台（ベッド）内のセンサの上に横たわる。米国特許出願公開ＵＳ２００３／０２３３０３４Ａ１から、家具に組み込まれるセンサにより体内の運動（例えば血流）を測定することが知られる。患者の不可欠な機能を測定する装置は、開示され、この装置は、患者の身体の外側からの非侵襲性の態様で、測定椅子に座る患者の生体機能を測定する測定センサを更に有する測定椅子を含む。

記載された測定原理によると、センサは、必然的に高い感度を有し、したがって、しばしば例えば人若しくはペットが椅子若しくは台の近くを移動する、機械が台の付近で動作する、又は路面電車、トラックがビルのそばを通ることによって生じる、周囲の機械的な振動及び運動によって妨害される。特に病院又は看護機関のような環境では、振動は、台の近くに移動している他の人によって、又はポンプ及び注入ポンプのような機械によって生成される。これらの振動、従って誘導された信号は、通常、身体運動の所望の信号よりも強い。環境雑音によって重ねられる心弾動の測定が分析可能でないことは、欠点である。

それゆえ本発明の目的は、心弾動の測定からの情報が得られ得る時間のかなりの増加を可能にするセンサ構成及び方法を提供することである。

上述の目的は、被検体の身体運動を検出する少なくとも一つの心弾動センサ、及び振動を検出する少なくとも一つの雑音センサを含むセンサ構成によって達成され、雑音センサは、体から防振される。

身体運動によって誘発されない振動が、雑音センサによって検出可能であることは、本発明によるセンサ構成の利点である。被検体の身体運動によって誘発されないいずれかの種類の振動は、ここでノイズ振動と称す。雑音センサは、以下雑音信号と称す、かなり純粋な雑音振動信号を検出し、これは、身体運動によって誘導される信号によって重ねられない。実質的にそのままの雑音信号を分析することによって、有利なことに、雑音信号によって妨害された心弾動センサからの心弾動信号の通過と、損なわれていないこれらの信号の通過とを正確に識別することが可能であり、したがって分析を可能にする。更に、妨害された心弾動の信号の少なくとも一部の再構成は、有利なことに、そのままの雑音信号に基づいて可能である。

本発明によると、被検体は、この身体が不可欠な機能の測定を可能にする人間又は動物である。本発明の意味における身体運動は、例えば心収縮及び血液の放出、並びに大きな血管を通る血流量の減速と関連付けられる衝撃力（反動及びインパクト）によって与えられる。心弾動測定は、身体の心機能による力の効果の測定を含む。心臓が大動脈及び肺動脈に血液をポンピングする場合、体は、血流と反対の方向に反動力を受け、反動力の大きさ及び方向は、心臓の機能的な段階とともに変化する。この反動力は、身体の外側の心弾動センサによって測定される。更に、被検体の呼吸及び他の運動は、身体運動に寄与する。

本発明による雑音センサは、身体から防振される。本発明の意味において、防振は、雑音センサによって検出される、振動及び／又は被検体の身体運動によって誘導された信号が、心弾動センサによって検出される信号よりも非常に弱いことを意味する。例えば振動及び／又は身体運動によって誘導される雑音信号の信号強度は、同じ振動及び／又は身体運動によって誘導される心弾動信号の信号強度の５０％より低く、好ましくは１０％より低く、更に好ましくは１％より低く、最も好ましくは０．１％より低い。雑音センサは、好ましくは振動質量を有する振動センサであり、慣性又は衝撃センサとも称され得る。

本発明による構成は、例えばベッド又は椅子に位置される被検体の心拍数、呼吸数、活性度又は血圧を測定するために、有利に利用可能である。心弾動センサは、好ましくは被検体の身体に結合される高感度圧力センサである。例えば被検体は、心弾動センサの上で座る又は休み得る。

好ましい実施例によると、心弾動センサは、被検体の身体を支持する構造に配置される。特に心弾動センサは、この構造に一体化される。構造は、いかなる種類の家具（例えば、ベッド、椅子又は車椅子）でもあり得る。センサが構造と一体化される場合であっても、より高感度な心弾動センサ又はトランスデューサが、有利なことに、例えば血流のような体内の運動の測定を可能にする。

本発明によれば、雑音センサは、好ましくは心弾動センサの付近に配置される、及び／又は心弾動センサが配置される構造の付近に配置される。更に好ましくは、被検体の身体運動から生じていない振動が雑音センサ及び心弾動センサの両方によって検出されるように、雑音センサ及び心弾動センサが配置される。心弾動センサの近くに雑音センサを位置することは、有利なことに、雑音振動が、雑音センサ及び心弾動センサによって実質的に等しく検出されるようにする。有利なことに、検出雑音信号と検出心弾動信号との間の実質的な違いは、被検体の身体運動によって誘導される信号である。したがって、本発明という意味において、雑音センサを心弾動センサの付近に配置することは、雑音振動が雑音センサ及び心弾動センサによって実質的に等しく検出される場所に雑音センサを配置することを意味し、すなわち雑音振動によって誘導される雑音信号強度は、好ましくは雑音振動によって誘導される心弾動信号強度の少なくとも５０％である。通常、これは、雑音センサが、心弾動センサのどれほど近くに位置されるかという環境に依存する。好ましくは、雑音センサは、地上又はビルの床に配置される。特に雑音センサは、体を支持する構造がある床の上に配置される。心弾動センサと同じ部屋に雑音センサを配置することは、十分であり得る。より好ましくは、雑音センサは、構造の近く、例えばベッド又は椅子の下に配置される。これは、有利なことに、例えばいくつかのベッドを有する病室のような非常に頻繁に出入りのある環境においても、分析可能な雑音信号を提供する。

本発明によると、更に好ましくは、雑音センサが被検体の身体を支持する構造に移動可能に取り付けられる。例えば、通常は頻繁に移動しない家庭のベッドの場合、雑音センサは、ベッド付近に単に静的に位置され得る。しかしながら、専門の看護環境又は病院のベッドの場合、雑音センサは、例えばベッドの一部として可動式であることが有利である。当業者は、雑音センサが、防振性を備えるため、残りのベッドから更に機械的に切り離されることを認識する。

本発明によると、更に好ましくは、構造が、この構造から雑音センサを突き出させるような取付け部を有する。本発明の意味において、取付け部は、例えば有利なことに、構造の再配置のためにセンサを格納すること、及び雑音振動を検出する指定された位置にセンサを突き出すことを可能にする、構造及び雑音センサを接続するいずれかの種類のリンクである。

本発明によれば、更に好ましくは、構造が下部構造（undercarriage）及び固定ブレーキを含み、取付け部は、雑音センサが固定ブレーキの使用により突き出されるように、ブレーキに動作可能に接続される。有利なことに、雑音センサは、構造のブレーキが使用されると指定された位置に自動的に突き出される。したがって、病院職員は、例えば手動で雑音センサを適用する必要がない。実施例の意味において、動作可能に接続されることは、いかなる機械的伝動装置又は機械的な種類の作動装置も含む。

本発明の他の目的は、被検体の身体から心弾動信号を検出するステップと、雑音信号を検出するステップとを含み、雑音信号が、被検体の身体から防振された雑音センサによって検出される、被検体の身体運動の心弾動検出をする方法を提供することである。

本発明による方法の利点は、雑音振動が雑音センサによって検出可能であることである。雑音センサは、心弾動信号を重ねられていない雑音信号を検出する。

好ましい実施例において、雑音信号は、心弾動信号の妨害排除、及び／又は心弾動信号の評価に使用される。雑音信号を分析することによって、有利なことに、雑音振動によって妨害された心弾動信号の通過を、損なわれていないこれらの通過から正確に識別し、したがって分析を可能にすることはあり得る。妨害された心弾動信号の少なくとも一部の再構成は、有利なことに、雑音信号に基づいて、雑音振動によって重ねられる心弾動信号の部分さえも分析する能力を提供する。

より好ましい態様では、心弾動信号の妨害を除去するノイズキャンセルフィルタ技術が使用される。更に好ましくは、適応フィルタが使用され、フィルタは、雑音信号を使用して有利に適応される。例えば心弾動信号が雑音振動によって損なわれる場合、雑音振動の周波数は、はっきりしなくなり得る。後者は、静的フィルタによって拒絶される範囲の周波数成分を含み得るので、静的フィルタは、心弾動信号の品質を過度に劣化させ得る。適応フィルタは、有利なことに、心弾動信号及び雑音信号から入力を取り、したがって、これが変動するとき、雑音の実際の周波数を追跡することが可能である。このような適応技術は、有利なことに、フィルタリングされた信号の品質の向上させる、より小さい拒絶範囲を有するフィルタを許容する。更に好ましくは、心弾動信号の妨害除去にファジー論理技術が使用される。

別の好ましい実施例では、雑音信号のスペクトルは、心弾動信号の信号電力スペクトルから差し引かれ、好ましくは逆フーリエ変換によって、妨害除去された信号が回復される。雑音信号のスペクトルは、好ましくは雑音信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）分析によって得られる。この実施例による方法は、有利なことに、効果的であり、実施するのが容易である。

他の本発明の目的は、本発明によるセンサ装置を有する心弾動センサシステムを提供することであり、このシステムは、雑音センサ及び心弾動センサからの信号を処理するデータ処理ユニットを更に有し、処理は、本発明による方法に従って実行される。データ処理ユニットは、有利なことに、例えば雑音信号及びｂｃｇ信号の入力に対する適切なインタフェースを有するいかなるコンピュータでもあり得る。

本発明の他の目的は、被検体の心拍数、血圧、呼吸数及び活性度のうちの１より多くをモニタリングするため、本発明のセンサ構成を使用することである。

本発明の他の目的は、特に看護環境において、人を監視するため、本発明のセンサ構成を使用することである。

本発明の他の目的は、不整脈を監視するため、本発明のセンサ構成を使用することである。

本発明の他の目的は、睡眠品質評価のため、本発明のセンサ構成を使用することである。

本発明の他の目的は、うっ血心不全患者の監視のため、本発明のセンサ構成を使用することである。

本発明のこれら及び他の特性、機能及び利点は、添付の図面と関連付けて、以下の詳細な説明から明らかになり、これは、例として本発明の原理を説明する。本記載は、本発明の範囲を制限することなく、説明のみを目的として付与される。以下に引用される参照符号は、添付の図面を参照する。

図１は、従来技術による心弾動センサの取付けのための構造を概略的に図示する。 図２ａは、本発明によるセンサ構成及び心弾動センサシステムの実施例を図示する。 図２ｂは、本発明によるセンサ構成及び心弾動センサシステムの実施例を図示する。 図３は、本発明によるセンサ構成及び心弾動検出の方法を説明するブロック線図を示す。 図４は、心弾動センサ、及び振動雑音のみを記録する雑音センサからの心弾動信号及び雑音信号の一例である。

本発明は、具体的な実施例及びある図面に関して説明されるが、本発明は、これらに制限されず、請求項のみによって制限される。記載される図面は、模式図に過ぎず、非限定的である。図において、要素のいくらかのサイズは、説明の便宜上、誇張され得、大きさに忠実に描かれない。

単数名詞に対して不定冠詞又は定冠詞が使用される場合、特に言及されない限り、これは、この名詞の複数形を含む。

更に、明細書及び請求項における第１、第２、第３等の用語は、類似の要素の間で区別するために使用され、必ずしも経時的又は時系列な順序を記載するために使用されない。このように使用される用語が、適当な状況下において交換可能であること、及びここで記載される本発明の実施例が、ここで記載又は説明される以外の順序で動作することができることは、理解されるべきである。

更に、明細書及び請求項における上下等の用語は、説明目的で使用され、必ずしも相対的な位置を記載するために使用されるわけではない。このように使用される用語が適当な状況下において交換可能であること、及びここで記載される本発明の実施例が、ここで記載又は説明される以外の方向に動作可能であることは、理解されるべきである。

本記載及び請求項において使用される「含む」という用語は、以下に列挙された手段に制限されると解釈されるべきではなく、他の要素又はステップを排除しないことに留意されたい。したがって、「手段Ａ及びＢを含む装置」という表現の範囲は、成分Ａ及びＢのみから成る装置に制限されるべきではない。これは、本発明に関して、装置の唯一の関連した成分がＡ及びＢであることを意味する。

図１において、センサ装置（図示略）が構成され得る構造３が図示される。ここでは、病院内にあるような典型的なベッドが示される。位置Ａは、心弾動センサ（図示略）の好ましい位置を示す。

図２ａ及び２ｂにおいて、本発明によるセンサ構成の実施例及び心弾動センサシステムが、概略的に図示される。構造３は、例えばベッド又は椅子であり得る。心弾動センサは、構造３の上に位置される被検体（図示略）の身体運動を検出するため、構造３に配置される。例えば構造３は、部屋の床４の上に立っている。本発明によると、センサ構成は、被検体の身体から防振された雑音センサ２を有する。雑音センサ２は、好ましくは振動質量を有する振動センサである。外部の衝撃に対する雑音センサ２の応答は、同じ衝撃に構造３の応答に対して較正されなければならない。これは、好ましくは、システムの機械的な応答に対する、被検体重量の効果、又は構造３に対する他の機械的な変化により、定期的に、すなわち通常の測定サイクルの間になされる。

図２ａにおいて、雑音センサは、床４の上に配置される。構造３から、したがって被検体から雑音センサ２への振動の伝搬は、被検体の身体運動によって誘発される振動が比較的弱いので効果的に回避される。しかしながら、雑音振動は、例えば床４を歩いている人のステップによって誘導され、雑音センサ２によって有利に検出される。図２ｂにおいて、構造３のセンサ配置の実施例が図示され、これは、例えば病院の輪式のベッドのような移動式の構造３にとって有利である。雑音センサ２は、取付け部５を介して構造に取り付けられる。当業者は、取付け部５が構造３から雑音センサ２に振動を伝達しないようにされる、すなわち雑音センサ２がそれでも構造３から防振されることを認識する。好ましくは、取付け部５は、図示された位置から配置位置まで雑音センサ２を移動させるように格納可能である。更に、取付け部５は、ベッドの車輪（図示略）のブレーキに動作可能に接続され得、その結果、雑音センサ２は、ブレーキの適用に応じて床４まで自動的に低くされる。図２ａ及び２ｂに図示されるセンサ装置は、雑音センサ２からの雑音信号（図３）及び心弾動センサ１からの心弾動信号（図３）の入力のためのインタフェース（図示略）を含むデータ処理ユニット７を更に有する、本発明による心弾動システムの一部を形成する。信号は、トランスデューサ８によって増幅及び／又は変換され得る。雑音センサ２及び／又は心弾動センサ１からデータ処理ユニットへの接続は、有線接続又は無線接続を含み得る。

図３において、本発明によるセンサ装置及び心弾動検出の方法は、ブロック線図で説明される。心弾動センサ１からの雑音振動妨害された心弾動信号１１と、雑音センサ２からの雑音信号１２とが、データ処理ユニット７に供給され、雑音信号１２は、心弾動信号１１から妨害雑音振動を差し引くために使用される。出力信号１３は、有利なことに分析可能である妨害されていない心弾動信号である。

図４において、心弾動センサ１、及び振動雑音のみを記録する雑音センサ２からの心弾動信号１１及び雑音信号１２の一例が与えられる。時間は、軸１００で与えられ、信号は、それぞれの軸１０１に与えられる。心弾動信号１１は、図において、呼吸運動及び心臓運動とともに、ベッドで横たわる被検体から検出される。しかしながら、心弾動信号１１は、病院及び看護環境においてしばしば起こり得ることだが、他の人がベッドの付近を歩く運動により混乱させられる。歩いている人の一回のステップは、雑音センサ２の雑音信号１２において、明らかに見える。被検体による運動が、心弾動信号１１のみにおいて現れ、雑音信号１２には現れない。雑音センサ２の防振により、心弾動信号１１の２つの信号源は、識別され得る。環境雑音は、分析され得、心弾動信号１１からかなりの程度が除去され得る。

Claims (19)

1. 被検体の身体運動を検出する少なくとも一つの心弾動センサと、
   振動を検出する少なくとも一つの雑音センサと
   を含むセンサ構成であって、前記雑音センサが体から防振されるセンサ構成。
2. 前記心弾動センサは、前記被検体の前記身体を支持する構造に配置される、請求項１に記載のセンサ構成。
3. 前記雑音センサは、前記心弾動センサの付近に配置される、及び／又は前記心弾動センサが配置される構造の付近に配置される振動センサである、請求項１に記載のセンサ構成。
4. 前記被検体の前記身体運動に起因しない振動が、前記雑音センサ及び前記心弾動センサの両方によって検出されるように、前記雑音センサ及び前記心弾動センサが配置される、請求項１に記載のセンサ構成。
5. 前記雑音センサが床に配置され、前記体を支持する構造が前記床にある、請求項１に記載のセンサ構成。
6. 前記雑音センサが、前記被検体の前記身体を支持する構造に、移動可能に取り付けられる、請求項１に記載のセンサ構成。
7. 前記構造が、前記構造から前記雑音センサを突き出させる取付け部を有する、請求項６に記載のセンサ構成。
8. 前記構造が下部構造と固定ブレーキとを有し、前記取付け部は、前記固定ブレーキが適用されると、前記雑音センサが突き出されるように前記ブレーキに動作可能に接続される、請求項７に記載のセンサ構成。
9. 被検体の身体運動の心弾動検出をする方法であって、
   前記被検体の前記身体から心弾動信号を検出するステップと、
   雑音信号を検出するステップと
   を含み、前記雑音信号が、前記被検体の前記身体から防振された雑音センサによって検出される方法。
10. 前記雑音信号が、前記心弾動信号の妨害除去、及び／又は前記心弾動信号の評価のために使用される、請求項９に記載の方法。
11. 前記心弾動信号の前記妨害除去をするノイズキャンセルフィルタ技術を更に含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記心弾動信号の前記妨害除去をするファジー論理技術を更に含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記雑音信号のスペクトルが、前記心弾動信号のスペクトルから差し引かれ、好ましくは逆フーリエ変換によって、妨害されていない信号が回復される、請求項９に記載の方法。
14. 請求項９に記載の方法にしたがって前記雑音センサ及び前記心弾動センサからの信号を処理するデータ処理ユニットを更に有する、請求項１に記載のセンサ配置を含む心弾動センサシステム。
15. 被検体の心拍数、呼吸数及び活性度のうちの１又はそれより多くをモニタリングする、請求項１に記載のセンサ構成の使用。
16. 特に看護環境において人の監視をする、請求項１に記載のセンサ構成の使用。
17. 不整脈を監視するための請求項１に記載のセンサ構成の使用。
18. 睡眠品質評価のための請求項１に記載のセンサ構成の使用。
19. うっ血心不全患者の監視のための請求項１に記載のセンサ配置の使用。

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