JP2000512414A - 移動局との接続のための付加ユニットおよび移動局 - Google Patents

移動局との接続のための付加ユニットおよび移動局

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、移動局(10)に結合される補助ユニット(20)に関し、それは、データ送信、分析および蓄積のために必要な構成部品を含む基本要素(21)と、人の身体機能の無侵襲計測に適するセンサおよびこのセンサに必要な特別の電子装置を含むセンサ要素(22)とを備える。これは、例えばECG、EEG、EMG、血圧および呼吸流量などの、種々の無侵襲計測を、単にセンサ要素(22)を交換することによって、実行できることを意味する。

Description

【発明の詳細な説明】 移動局との接続のための付加ユニットおよび移動局 本発明は、移動局に結合される補助ユニットと、移動局とに関する。 患者の身体機能に関する情報は、既に以前から電話機によって測定点から看護 ユニットへ送られている。国際特許公報WO 94/01039は、測定点(患者)から看 護センターへの患者のECGのディジタル無線周波数での送信を開示している。 この公報は、ECGを記録するための新しいタイプのセンサを開示している。 携帯用GSM移動電話機等のディジタル移動局は、患者の種々の身体機能を遠 方から制御する全く新しい機会を提供する。技術上の問題は、種々の身体機能を 追跡調査するためには数種類の補助装置を送信機に結合する必要があり、それが 同じ電子装置を殆ど含むが、もちろん種類の異なるセンサを持っているという点 である。 移動局に結合される補助装置が発明されており、その装置は独立のセンサ要素 を持っており、それは、所定の時点で測定される身体機能に応じて取り替えられ る。 それゆえ、本発明の目的は、ディジタル無線電話機に結合されるべき補助ユニ ットである。この補助ユニットは、データ送信、分析および蓄積に必要な構成部 品を含む基本要素を有する。補助ユニットは、センサ要素も有し、これは、人の 身体機能の無侵襲追跡調査に適するセンサと、このセンサに必要な特有の電子装 置とを含んでいる。 本発明の補助ユニットは、データ送信、分析および蓄積のために必要な構成部 品を含む基本素子と、人の身体機能の無侵襲計測に適 するセンサおよびこのセンサに必要な特有の電子装置を含むセンサ素子とを備え ることを特徴とする。本発明の移動局は、無侵襲計測のデータ送信、分析および 蓄積に必要な構成部品と、これに着脱可能に結合されるセンサ要素とを備え、こ のセンサ要素は、人の身体機能の無侵襲計測に適するセンサと、このセンサに必 要な特有の電子装置とを含んでいることを特徴とする。 次に、以下のような添付図面を参照して本発明を詳しく論じる。 図1は、本発明の装置の組立体を例示する。 図2は、基本ユニットの実現をブロック図として例示する。 図3は、ECG、EEGおよびEMGの記録のためのセンサ・ユニットを例示 する。 図4は、血圧の測定のためのセンサ・ユニットを例示する。 図5は、呼吸の測定のためのセンサ・ユニットを例示する。 図1は、本発明の種々の要素を例示する。すなわち、移動局10等の移動局に 本発明の補助ユニット20を結合させることができ、この補助ユニットは少なく とも2つの要素、すなわち基本要素(基本ユニット)21とセンサ要素(センサ ・ユニット)22とを備え、これは、測定される機能に応じて容易に取り替える ことができ、あるいはそれらの幾つかを次々と接続することができる。 基本ユニット21およびセンサ・ユニット22は、例えばディジタルGSM移 動電話機等の移動局10に、それが有するデータ接続点(data conne ction)12を利用して結合される。必要ならば、センサ・ユニット22に 基本ユニット21のと同じ種類の接続点を設けることによって、数個のセンサ・ ユニット22を図1に示されているように積み重ねて基本ユニット21に接続す ることができる。 基本ユニット21の機能は、必要な身体機能の測定を開始し、測 定信号のディジタル化を実行し、測定結果をメモリに蓄積し、また必要ならば、 それらの結果を移動電話機によって看護ユニットへ必要な形式で送信することで ある。必要ならば、基本ユニット21は、電話機のディスプレイ13によってユ ーザに指示を与え、また電話機のキーボード14を通してユーザのコマンドを受 け取る。また、基本ユニットは、移動電話機の電源(バッテリ)から、あるいは 、基本ユニットに結合することのできる別個の電源ユニット11から、センサ・ ユニットが必要とする動作電圧を作り出す。 センサ・ユニット22は、基本ユニット21のために、測定量に比例する初期 アナログ電圧を作れるように、カップリングを含めて、各身体機能に関連する測 定ユニットと、所要の測定電子装置および制御電子装置とを有する。センサ・ユ ニット22は内部アナログおよびディジタル結合バス23も含んでおり、これに より、積み重ねられているセンサ・ユニットの、下流側に位置するユニットの制 御信号および測定信号が、基本ユニットに送信される。例えば基本ユニットによ って作られる、センサ・ユニットが必要とする動作電圧も、このバス23を通し て送信される。センサ・ユニット22は、どのセンサ・ユニットが基本ユニット 21に結合されているのかを基本ユニット21が自動的に認識できるように実現 される。例えば、バス・コネクタ23が数個のコネクタを備え、異なるセンサ・ ユニットは異なるコネクタのための信号を作るようになっているので、センサ・ ユニットから受信される信号に基づいて認識を実行することができる。バスの出 力コネクタ23は入力コネクタ26に接続される。移動電話機へのバス23の接 続は、基本ユニット15および電話機のデータ接続点12を通して確立される。 必要ならば、積み重ねられたセンサ・ユニットと基本ユニットとを移動電話機 10無しで使うことも可能であり、その場合には移動 電話機10を基本ユニットに接続されるべき電源ユニット11と置き換えること ができる。このユニットは、移動電話機の場合と同様の手法によって作られるバ ッテリ・パケットであって良い。従って、この場合、電源ユニット11は、コネ クタ16を通して移動電話機のバッテリ・スペースに接続されて移動電話機に結 合されるバッテリであっても良い。本発明において、基本ユニットは、移動電話 機に結合されるバッテリ11の一部分として統合されて、基本ユニットの電子装 置とバッテリ・セルとが同じケースの中にあっても良い。従って、この種の統合 補助ユニットは、独立に使われても良いし、あるいは移動電話機に結合されても 良く、そのときにはバッテリ11は移動電話機10および基本ユニット21に、 また、それに結合されているセンサ・ユニット22にも、エネルギーを供給する 。この場合、データは、移動電話機のバッテリ・スペース内に位置するコネクタ を通して移動電話機と基本ユニットとの間で好適には伝送される。 この構造の利点は、種々のセンサを使うために、複雑な基本要素の種々のバー ジョンを使う必要がないことである。基本要素21は、アナログ/ディジタル変 換器、動作を制御するためのマイクロプロセッサ、およびデータを蓄積しておく ためのメモリを適宜含む。メモリは好適には不揮発性である。マイクロプロセッ サは、測定プロトコル、結果の分析および電話機へのデータ輸送の役割を担って いる。基本要素は、加入者識別モジュール(SIM)も含んでもよく、それにユ ーザの患者情報、看護ユニットの識別子等が蓄積されている。 センサ自体に加えて、センサ要素22は、これに属するケーブルも含むと共に 、測定された身体機能の信号のための差動増幅器およびフィルタも含む。 次に、図2〜5を参照し、実例を示して基本ユニットおよび種々のセンサ・ユ ニットの実現を説明する。 図2は、ブロック図の形で、上記の基本ユニットの実現を例示する。このユニ ットは、中心的な構成部品として、本発明の補助ユニットの動作を制御するマイ クロプロセッサ210を有し、その機能は、測定プロトコル、結果の分析、およ び移動電話機へのデータ輸送を行うことである。不揮発性メモリは好適にはEE PROM回路211であり、これは、種々の動作を実行するためのマイクロプロ セッサのプログラムと、センサのための較正テーブルとを含む。メモリ211は 、測定結果の長期蓄積のためにも使われる。通常、EEPROM回路の容量は数 十キロバイトである。また、RAM回路212はメモリとして使用され、このR AM回路は、プログラムに要求される動作のために使われると共に、通常はマイ クロプロセッサがメモリ211から検索したプログラムを実行している間、測定 結果と分析結果とを一時的に蓄積しておくために使われる。 GSM電話機で使われる加入者識別モジュール(SIM)214は、好適には 移動電話機10に結合される。図2では、本発明の補助ユニットのためのその利 用を例示するために、それは基本ユニットの一部分として示されており、SIM 214は、患者の識別情報、看護ユニットの識別子、種々の身体機能に関連する 限界値および非常値等を含んでもよい。この場合、これらのデータは、移動電話 機のデータ接続点12を通して基本ユニットに送られる。あるいは、基本ユニッ トは、自分自身の、独立した交換可能なインテリジェント・カード214を含ん でも良く、それは、例えば、小型加入者識別モジュールのサイズであり、その中 に上記のデータが蓄積される。 基本ユニットを移動電話機に接続するために、基本ユニットは移 動電話機接続ブロック214を持っており、これは、電話機と基本ユニットとの 間での信号およびデータの電気的適合を行う。従って、接続ブロック214は、 データの適合を実行する、移動電話機に関連して知られているデータ・カードと 同様に実現される。図2に示されている動作電圧発生要素215は、移動電話機 により作られる出力電圧または別個の電源ユニット11から、例えばスイッチメ イド電源原理(the switchmade power supply principle)に従って、センサ・ ユニットが必要とする動作電圧を作る。このユニットは、センサ要素の電力消費 自動操作も行う。アナログ−ディジタル変換ブロック216は、センサ・ユニッ トから来るアナログ電圧をディジタル形式に変換する。変換器216は、例えば 、12ビット変換器であり、その変換速度は毎秒200〜500サンプルである 。バス23と基本ユニットの他の構成部品との接続はアナログ・マルチプレクサ 217によって実現され、このマルチプレクサは、マイクロプロセッサによって 制御されて、所定の時点でディジタル化されるべきセンサ・ユニットの信号を選 択する。マルチプレクサ217とA/D変換器216との間の接続およびそれら の組み合わせは高速であるので数個のセンサ・ユニット22に同時にサービスす ることが可能である。 マイクロプロセッサ210に加えて、基本ユニットは別個の制御ユニット21 8を含むことができ、このユニット218は、測定中にプロセッサによって制御 される必要があるセンサ・ユニットの制御信号を処理する。あるいは、この動作 はマイクロプロセッサの直接制御下で実行されても良い。 基本ユニットは、簡単なユーザインターフェースUIとして押しボタン24を 有する。このボタンを押すことにより、装置のユーザは、測定の開始あるいは終 了を知らせることができる。また、この ユニットは、多色信号ライト25も有し、これは装置が作動状態であるか否か、 センサが正しく接続されているか否か、またセンサ・ユニットから来る信号が適 切か否か、ユーザに知らせる。また、信号ライト25によって、測定時間の終了 について知らせることも可能である。押しボタンおよび信号ライトは、連携して 、移動電話機無しでも装置を使えるようにする。移動電話機が装置に結合される と、キーボード13およびディスプレイ14によって、対応する動作を実行する ことが可能となる。 次に、生体信号(biosignal)の無侵襲計測に適するセンサ・ユニッ トの3種類の実現を例として説明する。 図3は、心電図(ECG)、脳波図(EEG)、および筋電図(EMG)を記 録するのに適するセンサ・ユニットを例示している。これら3種類の電図は、全 て、皮膚に置かれた電極間の小さな電位差(通常、ECGの場合には、数百マイ クロボルトであり、EEGあるいはEMGの場合には数マイクロボルトあるいは 数十マイクロボルトである)を測定するものなので、その記録は原理的に類似し ている。皮膚センサの構造、信号に必要な増幅、および周波数フィルタリングに は違いがある。図3は、3つのセンサ31〜33を使って単一の出力電圧を作る ときの、1つの可能な典型的接続を例示している。目的は、測定信号から、差動 増幅器34〜36によって、できるだけ信頼できる共通基準電位を作ることであ り、これと対照して1つあるいはそれより多い測定信号が測定される。センサ・ ユニットと基本ユニットとの間のバス構造は、必要ならばマルチチャネル測定を も実行可能にする。ユニットに含まれている低域フィルタ37は、アナログ−デ ィジタル変換器を妨害する高周波(妨害)成分を測定信号から除去し、その後、 信号はセンサ・ユニットの出力から基本ユニットに送られる。 ECGに関しては、基本ユニットのソフトウェアは、心拍動によって作られる 特徴的な電圧パルス(いわゆるQRS群)の検出と、それを通しての平均パルス 密度の計算とを含んでおり、それはマイクロプロセッサ210によって実行され る。また、心筋の明らかな機能的障害を問題のパルスの形状から推測することが でき、それについて装置はユーザに知らせることができる。瞬時心拍数およびオ リジナルのECG信号(サンプリング速度は毎秒200サンプル、解像度は12 ビット)がメモリ211に蓄積される。一般的な測定時間は数分間持続する。長 時間登録(例えば24時間)では、瞬時心拍数だけが蓄積される。 図4は、血圧を測定するのに適するセンサ・ユニットを例示している。このセ ンサ構造では、人の指41から連続血圧が測定される。この装置は、赤外線送信 機−受信機対42a、42bと、空気圧で操作される指スリーブ43とから成っ ており、この赤外線送信機−受信機対42a、42bにより、指の中の血の量が 測定され、それを通して指における血圧が測定される。目的は、スリーブ43内 に、空気ポンプ44によって、循環により生じる圧力の変動を正確に補償する圧 力を連続的に生じさせることである。この状態では、指を貫通するIR輻射の強 度は安定している。この場合、システムに含まれている調整弁45の制御電圧4 6は、血圧に直接比例する。調整の変動範囲がなるべく広くなるように、IR検 出器42bの信号47に加えて、弁45の調整の大きさもスリーブの圧力信号4 9に基づいて設定される。この目的のために、装置は、スリーブの圧力を測定す る圧力センサ48も有する。 血圧に関連する基本ユニットのソフトウェアの機能は、実際の測定が始まる前 に、必要な変動範囲に達するようにスリーブの基本圧力を調整することである。 その後、ソフトウェアは各心拍動に関連 する血圧の最大値および最小値(すなわち、いわゆる弛緩期血圧と収縮期血圧) を検出し、較正値に基づいて実際の血圧値を計算しなければならない。ソフトウ ェア(EEPROMメモリ211に蓄積されている)の活動は、マイクロプロセ ッサ210によって実行される。圧力値はセンサの出力から基本ユニットへ電圧 として送信される。装置がECGユニットも含んでいる場合、その2つの活動の 測定を組み合わせることが可能となり、検出が容易となる。 図5は、呼吸を測定するのに適するセンサ・ユニットを示している。このユニ ットの機能は、人の吸入および呼気の流量を測定することである。これは、他方 の端に目の粗いネット51が据え付けられている真っ直ぐなパイプ50に吹き込 むことによって行われる。空気がネットを通過するときに超過圧力(呼気)また は不足圧力(吸入)が外部の空気圧と関連して作られる。この圧力差は流量に比 例する。この圧力差は、容量性圧力差センサ52を使って測定される。問題の容 量は、電圧制御発振器(VCO)53の一部分である。圧力が変化するとき、問 題の容量も変化し、そのとき発振器の周波数が変化する。発振器の出力信号は、 周波数−電圧変換器54に接続されており、その出力から、周波数に直接比例す る電圧信号が得られる。この制御電圧は、可能な周波数変動掛け算器55を通し て、VCOの周波数を決定する制御入力に接続されている。最終結果として、制 御電圧は、圧力差センサの容量が変化しても発振器の周波数が安定しているよう な値に自動的に落ち着く。従って、変換器によって作られてセンサ・ユニットの 入力として基本ユニットに送られる制御電圧56は、圧力差に比例すると共に、 それを通して呼吸流量に比例する。 上記の流量の測定は、どちらかといえば非線形であるので、基本ユニットのソ フトウェアは、例えば較正テーブルなどを使って測定 結果を本物の流量読み取り値に補正しなければならない。その後、流量信号は時 間にわたって積分され、その後に肺の瞬時空気容積が得られる。流量信号および 容積信号の両方を、更に分析を行うために蓄積しておくことができる。また、最 大吸入および呼気流量を、流量信号に基づいて計算することができる(いわゆる PEFおよびPIF測定)。これらの、補正、積分および計算はマイクロプロセ ッサ210によって実行される。 身体機能を描写する他の可能な量は、例えば、体温(熱電子対などで)、血液 の酸素含量(2つの特性波長の可視光を用いて外耳から酸化した血液および酸化 していない血液の吸収を測定し、その商を計算する)、血糖レベル、心音および 呼吸音(精密マイクロホンを用いて)などである。 装置20は、種々の測定ニ−ズに対して用いることのできる2つの測定モード を持っている。 (a)1分間あるいはさらに長い時間にわたって生体信号が測定され、場合に よっては分析の結果を含めて、測定系列全体が基本ユニットの不揮発性メモリ2 11に蓄積される。それらの信号は、例えば、ECG、EEG、EMG、血圧お よび呼吸流量を含む。 (b)信頼できる値を得るのに必要なだけの長さの時間にわたって量が測定さ れる。それは、例えば、瞬時血圧、PEF/PIF、血中酸素濃度、血糖濃度、 温度を含む。この場合、それは長時間追跡調査(例えば24時間)の問題である 。それらの個々の値だけがメモリ211または212に蓄積される。 本発明に従って、基本ユニットは、例えば4種類の基本動作モードを持つこと ができ、それに従って、メモリ211または212に蓄積されているデータを次 の4種類の方法で処理することができる。 (1)測定後、平均脈拍密度および変動性、平均の収縮期血圧および弛緩期血 圧あるいは最大吸入/呼気流量などの、信号に基づいて計算された簡単な統計結 果、並びに、限界値を超えたことあるいはその他の観測された異常についての考 えられ得る通知が、例えば移動電話機のディスプレイ13でユーザに呈示される 。その後、データをメモリから削除することができる。必要ならば、患者は、規 定通りに自分の電話機によって、自分を治療している医師に連絡を取ることがで きる。 (2)測定モード(a)または(b)によって集められたデータと、分析の結 果とがユーザによって保健所または中央病院の、ユーザを治療している医師の所 へ、患者の識別子等も含むグラフィック・テレファックス出力の形式で、送られ る。すると、医師は直ぐに生命の維持に必要な機能のパラメータの挙動を視覚的 に調べて速やかにフィードバックをユーザに与えることができる。この方法は、 受信端のテレファックス装置以外の特別の装置を全く必要としない。 (3)移動電話機を通して看護ユニットへ全てのデータがディジタル・ファイ ルの形式で送られる。これは、特にマルチチャネル測定との関係で測定信号のも っと複雑で基本的な分析を行う機会を提供する。この方法では、受信端が、遠隔 通信接続を含む適切なコンピュータ・ハードウェアを持っている必要がある。こ れも、その装置を初期治療診断装置の一部分として使う(応急処置)医師に良く 適している。 (4)測定モード(a)または(b)によって集められたデータが、装置のユ ーザがそれを送らなくても、看護ユニットへ転送される。この遠隔放出方法は、 電話によって測定を開始させる可能性を装置が備えているならば、不健康な患者 を特に必要ならば24時間 看護することを可能にする。この選択肢でも、医師と患者とが口頭で情報を伝え られることが重要である。 個々の測定結果を移動電話機を通してショートメッセージで送ることもでき、 それはGSMシステムではショートメッセージ・サービス(SMS)として知ら れている。 他の身体機能を無侵襲計測し、測定結果を分析し報告するために本発明を利用 することもできる。これは、単にセンサ要素を取り替えることによって行われる 。センサ機構を小型化することによって、基本ユニットおよびセンサ・ユニット を充分に小型、軽量にすることができる。基本ユニットを移動局の一部分として 統合することもでき、その場合にはセンサ・ユニットは移動局に直接結合される 。 本願は、例を用いて本発明の実現および実施例を開示している。本発明が前述 した実施例の詳細には限定されないこと、並びに、本発明の特徴から逸脱せずに 他の形で本発明を実現し得ることは、当業者にとっては明白である。上記の実施 例は例示的なものであって、制約的なものではないと解されるべきである。本発 明を実施し利用する可能性は、添付の請求項のみによって制限される。従って、 請求項によって決定される、同等の実現を含む、本発明を実現する種々の選択肢 も、本発明の範囲に属する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04M 11/00 301 H04Q 9/00 311H H04Q 9/00 311 A61B 5/02 332A (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG ,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT ,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,HU,IL,IS,JP,KE,KG ,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT, LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,N O,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG ,SI,SK,TJ,TM,TR,TT,UA,UG, US,UZ,VN (72)発明者 カイラ,ティモ フィンランド国,エフ アイ エヌ― 20700 トゥルク,シルクカランカツ 24 アス 52

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.移動局(10)に結合される補助ユニット(20)において、データ送信 、分析、および蓄積のために必要な構成部品を含む基本要素(21)と、人の身 体機能の無侵襲計測に適するセンサを含むセンサ要素(22)と、このセンサに 必要な特有の電子装置とを備えることを特徴とする補助ユニット。 2.前記基本要素(21)および前記センサ要素(22)は、前記センサ要素 を前記基本要素に着脱可能に接続するための手段(23、26)を備えることを 特徴とする請求項1に記載の補助ユニット。 3.前記センサ要素は、これに他のセンサ要素を接続するための手段(23) を備えることを特徴とする請求項1に記載の補助ユニット。 4.移動局のバッテリ・スペースに接続されるべき手段(16)を備える、か つ前記移動局に結合されるべきバッテリ(11)と統合されていることを特徴と する請求項1に記載の補助ユニット。 5.前記バッテリ(11)は、前記補助ユニット(20)と、それに結合され る前記移動局(10)とにエネルギーを供給するように設けられていることを特 徴とする請求項1に記載の補助ユニット。 6.前記基本要素(21)は、測定に比例する信号を受け取って蓄積するとと もに測定データを作るための手段(210、211、214)を備えることを特 徴とする請求項4に記載の補助ユニット。 7.前記基本要素(21)は、前記測定データを、前記移動局(10)を通し て送信される形に処理するための手段(210、21 4)を備えることを特徴とする請求項6に記載の補助ユニット。 8.データを送信するための手段を備える移動局において、無侵襲計測測定デ ータの送信、分析および蓄積のために必要な構成部品(21)と、それに着脱可 能に結合されるセンサ要素(22)とを備え、前記センサ要素は、人の身体機能 の無侵襲計測に適するセンサと、このセンサに必要な特別の電子装置とを含んで いることを特徴とする移動局。
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