JP2003061923A

JP2003061923A - スペクトル拡散による生理信号の遠隔測定

Info

Publication number: JP2003061923A
Application number: JP2002151868A
Authority: JP
Inventors: Theodore C Cadell; セオドア・シー・カデル; Dennis Metzger; デニス・メッジャー
Original assignee: CME Telemetrix Inc
Current assignee: CME Telemetrix Inc
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2003-03-04
Also published as: EP1262144A1; US20020067269A1; CA2387556A1

Abstract

(57)【要約】【課題】心電図、脳波図、筋電図および／または患者
ＩＤのような１つあるいは複数の生理的な患者固有のパ
ラメータを反映する信号のような、患者からの信号の、
より電力効率が高く、自由度が高く、データ伝送効率に
優れた無線送信、受信および解釈を実現するため装置、
システムおよび方法を提供する。【解決手段】そのシステムは、所定の周波数帯域内の
多数の周波数において、データ伝送速度を高めて信号を
伝送するための電池駆動式のセンサ／送信機装置であ
る、患者に取り付けるための移動送信機と、信号を受信
するための受信機と、受信された信号を解釈するための
表示、解析および／または記録装置とを含む。そのシス
テムは、送信された信号の検出との干渉を低減するスペ
クトル拡散伝送技術を用いて動作する。移動送信機およ
び受信機は、全二重光リンクを確立し、伝送中に動作特
性を変更できるようにするための、対応する光学構成要
素を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は信号をモニタするこ
とが有利な応用形態において用いるための遠隔測定の分
野に関し、より具体的には、特にスペクトル拡散伝送を
用いて、患者の生理信号をモニタする際に用いられる遠
隔測定に関する。

【０００２】

【従来の技術】生理学的なモニタリングの分野において
遠隔測定システムがよく知られている。何年かの間に、
心電図（ＥＣＧ）あるいは脳波図（ＥＥＧ）信号のよう
な患者に関する複数の信号を無線で伝送するシステムが
知られるようになった。モニタと患者に取り付けられる
検出装置との間を有線で接続することによる制約を受け
ずに、患者が自由に動くことができる点において、その
ようなシステムの利点は明らかである。そのようなシス
テムによって、患者に取り付けられるユニットからナー
スステーションのような中央監視装置まで信号が伝送さ
れるように、患者は歩き回ることができるようになる。

【０００３】ある特定の医療施設では、通常は集中治療
装置において、患者のベッドサイドに配置される送信機
を用いて、ＥＣＧ信号、血圧、呼吸数、脈拍数等を得る
ためにモニタされている患者からの信号を送信する。こ
れらの信号は、到来信号がモニタされるナースステーシ
ョンに送信される。このようにして多数の患者をモニタ
し、モニタされた信号のうちの１つあるいは複数の信号
が懸念される際に、ソフトウエアによって駆動されるア
ラームを用いて、看護人の注意を喚起する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、生理信
号モニタリングの別の環境では、遠隔測定装置が用いら
れていない。この環境はストレス検査に関する。これら
の検査は、これまで通りの方法でケーブルによってモニ
タに接続されるセンサのリードを患者の体に取り付け、
その患者の心臓の働きを電気的にモニタする。遠隔測定
を用いる装置を導入することが有利であることは明らか
であるが、現在の装置はこの問題を解決することができ
ない。

【０００５】初期の遠隔測定システムはＦＭ／ＦＭアナ
ログ変調を組み込んでいたが、これらのシステムは多量
のＤＣドリフトの影響を受けやすく、その場合には誤っ
たアラームが発生する可能性が高かった。また、そのよ
うなシステムでは、利用可能な帯域幅の利用効率もかな
り悪く、送信に利用できるチャネル数および送信チャネ
ルの周波数応答が制限される。これらの問題を解決する
ための１つのアプローチはアナログ信号をディジタル信
号に変換することであり、たとえば、Ｆｌａｃｈ等に付
与された米国特許第５，２０５，２９４号およびＣａｄ
ｅｌｌ等に付与された米国特許第４，９５８，６４５号
を参照されたい。遠隔測定装置が用いられる場合、その
システムは、ＲＦ搬送波を変調する種々のディジタル変
調方式によって動作する。ただし、これらのシステム
は、チャネルおよび帯域幅の制限に起因して、信号数が
ある限られた数に制限されるという問題がある。さら
に、これらのシステムは、競合する信号からの干渉およ
び雑音を受け、結果として理想的な性能から劣化する。

【０００６】これらのうちのいくつかの制限を解消する
ために、Ｂｕｒｒｏｗｓ（米国特許第５，３８１，７９
８号）は、スペクトル拡散技術を用いて、患者から監視
局に生理データを送信する装置を記載した。しかしなが
ら、Ｂｕｒｒｏｗｓによって教示されるシステムは多数
の欠点を有する。たとえば、そのシステムは周波数変調
を用いており、所定の帯域幅の場合のデータ伝送速度が
制限される。そのシステムを、多数の患者パラメータを
モニタするように適応させる場合に、開示されるＢｕｒ
ｒｏｅｓのシステムでは不十分であった。さらに、Ｂｕ
ｒｒｏｗｓのシステムの場合、データスクランブラおよ
び周波数拡散器の特性の変更は、送信機がオフラインの
ときにのみに可能であろう。最後に、Ｂｕｒｒｏｗｓに
教示されるオーバサンプリングおよびＤＳＰ設計に起因
して、記載される装置は、電池で駆動する装置として用
いるには実用的ではないであろう。あまりに多くの電力
を必要とするため、装置を頻繁に充電することになり、
いずれにしても、部品の物理的な大きさの制約と、Ｂｕ
ｒｒｏｗｓによって教示されるシステムを達成するため
に必要とされる電力消費と結び付けて考えると、電池の
大きさは現実的でないものになるであろう。これらの制
約に鑑みて、より電力効率が高く、自由度が高く、デー
タ伝送効率に優れた装置が必要とされる。

【０００７】本発明の目的は、この分野における上記の
問題点を解決し、より電力効率が高く、自由度が高く、
データ伝送効率に優れた無線伝送を実現する生理信号の
遠隔測定の方法および装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、生理データを介して患者をモニタするための移動送
信機が提供され、その移動送信機は、患者の体に備えら
れるセンサに接続され、そこから生理データを収集する
ためのセンサインタフェースと、センサインタフェース
からのアナログデータのための入力と、アナログデータ
から導出されるシリアルディジタルデータのための出力
と、双方向光リンクを確立し、移動送信機の動作中に移
動送信機構成データを受信するための光受信機および送
信機とを有するディジタルコントローラと、格納された
移動送信機構成データに基づいて、シリアルディジタル
データを無線伝送するための無線周波数送信機とを備え
る。

【０００９】本発明の別の態様によれば、生理データを
介して患者をモニタするための基地局が提供され、その
基地局は、移動送信機からの無線伝送を受信するための
アンテナアレイと、アンテナアレイに接続される入力
と、無線伝送から導出されるディジタルデータのための
出力および移動送信機構成データの入力を有するインタ
フェースと、双方向光リンクを確立し、移動送信機構成
データを隣接する移動送信機に送信するための光受信機
および送信機とを含む受信機と、生理データを表示し、
移動送信機の動作中に双方向光リンクを介して移動送信
機構成データを転送するために、インタフェースに接続
されるモニタとを備える。

【００１０】本発明のさらに別の態様によれば、生理デ
ータを介して患者をモニタするためのシステムが提供さ
れ、そのシステムは、患者の体に備えられるセンサに接
続され、そこから生理データを収集するためのセンサイ
ンタフェースと、センサインタフェースからのアナログ
データのための入力と、アナログデータから導出される
シリアルディジタルデータのための出力と、双方向光リ
ンクを確立し、移動送信機の動作中に移動送信機構成デ
ータを受信するための光受信機および送信機とを有する
ディジタルコントローラと、格納された移動送信機構成
データに基づいて、シリアルディジタルデータを無線伝
送するための無線周波数送信機とを含む移動送信機と、
移動送信機からの無線伝送を受信するためのアンテナア
レイと、アンテナアレイに接続される入力と、無線伝送
から導出されるディジタルデータのための出力および移
動送信機構成データの入力を有するインタフェースと、
双方向光リンクを確立し、移動送信機構成データを隣接
する移動送信機に送信するための光受信機および送信機
とを含む受信機と、生理データを表示し、移動送信機の
動作中に双方向光リンクを介して移動送信機構成データ
を転送するために、インタフェースに接続されるモニタ
とを含む基地局とを備える。

【００１１】本発明は、患者から生理信号を受信し、そ
の後、その信号をスペクトル拡散信号を用いて伝送する
のに適した形式に変換するシステムにおいて、より狭い
帯域幅で、より多くのデータ伝送を達成するための方法
を実現することにより、よりデータ伝送効率の高い遠隔
測定システムを提供する。その後、スペクトル拡散信号
に含まれるデータは復号化され、元の形式に戻される。
続いて、元の形式に戻された生理信号は表示、記録、印
刷、解析あるいは他の処理を施される。

【００１２】また本発明は、同時に伝送される信号数を
増加させるために、９０２〜９２８ＭＨｚ帯の周波数内
で、多数の伝送周波数を実現する方法も提供する。

【００１３】本発明は、患者から生理信号を受信し、そ
の後、その信号をスペクトル拡散信号を用いて伝送する
のに適した形式に変換する、必要とされる充電の頻度が
少ない電池駆動式のシステムである。その後、スペクト
ル拡散信号に含まれるデータは復号化され、元の形式に
戻される。続いて、元の形式に戻された生理信号は表
示、記録、印刷、解析あるいは他の処理を施される。電
池電源を使用することにより、患者に提供される動きの
自由度が高められる。２４時間電池交換が不要であると
いう要件を満足するために、かつ装置、すなわち送信機
の大きさを制限するために、広範囲にわたる設計変更を
実施し、電流を低減し、大きさを制限した。

【００１４】また本発明は、患者から生理信号を受信
し、その後、その信号をスペクトル拡散信号を用いて伝
送するのに適した形式に変換し、スクランブル、ディジ
タル系列符号、周波数およびデータ速度の特性を動作中
に変更できるようにするシステムも提供する。その後、
スペクトル拡散信号に含まれるデータは復号化され、元
の形式に戻される。続いて、元の形式に戻された生理信
号は表示、記録、印刷、解析あるいは他の処理を施され
る。

【００１５】本発明の好ましい実施形態では、患者から
の所望の生理データを検出し、そのデータに対応するア
ナログ信号を処理するための収集システムを含むデータ
受信装置に、患者からの生理信号を伝送するためのシス
テムが提供される。またそのシステムは、データ収集シ
ステムに動作可能に関連するアナログ／ディジタル変換
装置も備える。この装置は、生理信号に対応するアナロ
グ信号をシリアルディジタルデータストリームに変換す
る装置である。シリアルディジタルデータストリーム
は、送信装置によってディジタル符号系列と組み合わせ
られ、組み合わせられた送信信号が形成され、その信号
は広範な周波数帯域幅にわたってスペクトル拡散伝送を
介して送信装置によって送信される。組み合わせられた
信号は受信装置によって受信され、データ信号復調装置
が、ディジタル符号系列からシリアルディジタルデータ
ストリームを分離する。その後、復調装置からのシリア
ルディジタルデータストリームはデータ形式変更プロセ
ッサ、および形式変更プロセッサからの出力を受信する
ための生理データ表示、記録および／または解析装置の
出力によって処理される。

【００１６】本発明の１つの好ましい実施形態では、そ
のシステムは、スペクトル拡散無線周波数（ＲＦ）技術
を用いて、データの保全性を高め、範囲を拡張するよう
に設計された、データを収集するための患者モニタ遠隔
測定装置である。詳細には、そのシステムは、スペクト
ル拡散伝送において用いられる周知の帯域、すなわち大
部分の国において許可なしに運用することが認められて
いる９０２〜９２８ＭＨｚ、２．４〜２．５ＧＨｚある
いは５．７２５〜５．７８５ＧＨｚの産業科学医療（Ｉ
ＳＭ）帯域のうちの任意の帯域を利用する。好ましい実
施形態では、そのシステムは、周波数シンセサイザを用
いる送信機を組み込み、それにより９０２〜９２８ＭＨ
ｚ帯内で多数の伝送周波数を提供する。

【００１７】さらに別の好ましい実施形態では、本発明
のシステムは、多数の応用形態および変更要件に容易に
適合させるために、モジュール式の設計に組み込まれ
る。そのシステムは高いデータスループットを有する。

【００１８】さらに別の実施形態では、差動４相位相変
調（ＤＱＰＳＫ）を用いて、シリアルディジタルデータ
ストリームのビット速度を低減し、それにより同等の帯
域幅の場合のデータ伝送速度を高める。

【００１９】さらに別の実施形態では、そのシステムの
遠隔部分はエネルギー効率が高く、それにより電池寿命
を延長できるようになり（好ましい実施形態では２４時
間まで）、必要とされる充電の頻度が低減される。

【００２０】実際には、本発明のシステムは、同じ場所
で同時に動作する多数の患者の送信機を許容することが
できる（３つのＩＳＭ帯域では、その特定の帯域幅に応
じて１００まで、あるいはそれ以上が可能である）。そ
のシステムのセンサ／モニタおよび送信機は小型軽量
で、機能的な要件に容易に適合させることができる。ま
た本発明のシステムは、中央監視局への高速のダイレク
トメモリアクセス（ＤＭＡ）コンピュータインタフェー
スを有する、独立したプラットフォームである。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明の一実
施形態による患者モニタリングシステムのブロック図が
示される。その患者モニタリングシステム１０は、基地
局１２と、患者１６の体に配置されるセンサに接続され
る複数の移動送信機１４とを含む。基地局１０は、アン
テナネットワーク１８と、受信機２０と、モニタあるい
はコンピュータ２２とを含む。モニタ２２によって、看
護人が患者１６のためのデータを視認できるようにな
る。

【００２２】図１は、本発明の好ましい実施形他の全体
的な概観である。それは、心電図（ＥＣＧ）、脳波図
（ＥＥＧ）あるいは筋電図（ＥＭＧ）のような生理信号
をモニタするための特定の環境および用途に特化させる
ことができる。以下に記載される詳細な説明はＥＥＧを
モニタするために用いられる実施形態に関連するが、本
発明が、生理系の遠隔モニタが望まれるか、あるいは必
要とされる任意の環境に適用できることは理解された
い。

【００２３】動作時に、患者１６は、センサによって移
動送信機１４に接続される。患者からの対象の生理信号
は、スペクトル拡散技術によってアンテナネットワーク
１８に送信され、アンテナネットワーク１８はその信号
を受信機２０に供給する。受信機２０は、モニタ２０に
送られる出力を供給し、看護人２４による入力の有無に
かかわらず、データ解析あるいは画像作成が行われる。
残りの図面は、図１の一般的なシステムの１つの特化し
た形態であるＥＥＧシステムの実施形態の一例を詳細に
示す。

【００２４】図２を参照すると、図１の移動送信機の詳
細なブロック図が示される。移動送信機１４は３つの機
能モジュール、すなわちセンサインタフェース／アナロ
グコントローラ２６と、ディジタルプロセッサ／コント
ローラ２８と、ＲＦ送信機３０とを含む。センサインタ
フェース２６は、コネクタ電極３８と、増幅器（ＡＭ
Ｐ）４４、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６およびマル
チプレクサ（ＭＵＸ）４８を有するチャネルアナログ増
幅器／フィルタモジュールとを含む。ディジタルプロセ
ッサ／コントローラ２８は、アナログ／ディジタル変換
器（Ａ／Ｄ）５０と、マイクロコントローラ（μＣ）５
２と、パラレル／シリアルフォーマッタ（Ｐ／Ｓ）５６
とを含む。全二重光リンク３２が、ＬＥＤドライバ３４
およびフォトトランジスタ３６を介してマイクロプロセ
ッサ５２に対して設けられる。ＲＦ送信機３０は、同相
／直交（Ｉ／Ｑ）変調器５８と、周波数シンセサイザ６
０と、電力増幅器６２とを含む。

【００２５】動作時に、コネクタ電極３８から受信され
るアナログ信号は、最初にＡＭＰ４４によって増幅さ
れ、その後ＬＰＦ４６に送られる。その後、信号はＭＵ
Ｘ４８によって処理され、以下にさらに詳細に記載され
るように、結果的に生成されたセンサインタフェースモ
ジュール２６から受信されるアナログ信号は、Ａ／Ｄ５
０によって処理される。Ａ／Ｄ５０として、たとえば１
２ビット、５００サンプル／秒／チャネルのアナログ／
ディジタル変換器が用いられる場合があるが、この送信
機装置において動作するためのディジタル信号を供給す
ることができる任意のＡ／Ｄが利用可能であることは理
解されよう。図２に示されるディジタルコントローラ２
８のμＣ５２は、センサインタフェース２６からのアナ
ログ信号を含む多数の信号源からの混合された信号入力
を処理する。これらの他の信号は、何か起こった場合に
患者によって用いられるディジタル信号「患者コール」
ボタンと、入力「断線」時のディジタル信号と、電池か
らの低電圧アラームのための２つのディジタル信号とを
含み、正確に刻時するためにタイマに関連付けられるデ
ィジタルタイミング検出線は全てディジタル入力４０と
して集合的に示される。パルス式酸素濃度計、非観血式
血圧モニタ、患者位置センサ、ＲＳ２３２装置等のよう
な他のセンサ装置からのディジタル入力のためのコネク
タを備えることもできる。アナログチャネル帯域幅とし
て、３ｄＢ帯域幅の点で０．１〜１２０Ｈｚの帯域幅を
用いることができる。本実施形態では、アナログチャネ
ル帯域幅は０．１〜１２０Ｈｚである。

【００２６】送信機装置１４の特徴として、本実施形態
では、８、１６、２４または３２のグループ化されたチ
ャネル、あるいは個別の１〜８チャネルで３２チャネル
を提供する能力を含んでおり、すなわち１〜３２チャネ
ルの任意の組み合わせ（６４チャネルまで可能）がサン
プリングされ、パケット形式に設定され、送信されるこ
とができる。Ａ／Ｄ入力帯域幅は最低限８ｋＨｚであ
る。本装置の好ましい実施形態の入力雑音は、４μＶｐ
−ｐ（０．１〜１２０Ｈｚ）等価入力雑音である。セン
サインタフェース／アナログコントローラ２６の入力差
動増幅器４４およびローパスフィルタ４６は２，０００
の固定された利得を有し、最大入力アナログレベルは２
ｍＶである。利得が固定されているので、このブロック
の出力は４Ｖｐ−ｐの最大レベルを有する、この増幅器
およびフィルタブロックにおいて許容される雑音の最大
レベルは４ｍＶｐ−ｐであり、入力端での最大差動オフ
セットは±３００ｍＶである。利得が固定されているの
で、内部較正は不要である。外部較正は、入力フロント
エンドブロックを較正器で置き換えることにより供給す
ることができる。アナログ増幅器４４、ローパスフィル
タ４６およびマルチプレクサ４８は、ディジタルコント
ローラ２８によって、Ａ／Ｄ５０への入力のために３２
チャネルのうちの１つを選択するように指定される。

【００２７】ディジタルプロセッサ／コントローラ２８
は最初に、Ａ／Ｄ５０内のアナログ信号を１２ビットデ
ィジタルワードに変換する。この情報は、ディジタル入
力（断線、電池、患者コール等）からのディジタル情報
とともに、３パケット同期バイト、２ワード同期バイ
ト、パケット長、チェックサムおよび送信機番号を含む
１つのパケット形式に設定され、パラレル／シリアルフ
ォーマッタ５６を介してＲＦ送信機３０に送出される。
コントローラ２８は、受信機フォトトランジスタ３６を
用いて光リンク３２を介してダウンロードされたパラメ
ータ変更可能な情報を格納するための不揮発性メモリを
有する。このパラメータの例には、パケット同期バイト
値、ワード同期バイト値、伝送周波数、識別番号、アナ
ログチャネル数、Ｉ／Ｑ変調器に直列に接続されるＲＦ
の送信機（Ｔｘ）関数の変更が含まれる。

【００２８】ＬＥＤドライバ３４の制御下で送信線を用
いてμＣ５２に与えられる全二重光リンクと、フォトト
ランジスタ３６に接続される受信線とによって、本発明
の一実施形態の移動送信機の構成を動作中に変更できる
ようになる。すなわち、スクランブル、ディジタル符号
系列、周波数およびデータ速度の特性、さらには伝送周
波数も「動作中に」変更することができる。この固有の
特徴によって、ユーザ２４は、送信機の動作中に変更を
行うことができるようになり、それゆえ、システムの自
由度が非常に高くなる。全二重光リンクは、移動送信機
と受信機との間に物理的な接続が不要であること、静電
放電（ＥＳＤ）に対する保護を与えること、システムが
さらに使い易くなることに関して、さらに利点を有す
る。作業者２４は、モニタ２２上に表示される送信機１
４の動作に対応して、送信機の動作中に、対応する光受
信機および送信機を位置合わせし、モニタ上の構成メニ
ューを用いて送信機１４の構成変更が達成されるよう
に、移動送信機１４を受信機２０に隣接して配置するこ
ともできる。その後、作業者２４は、モニタ２２上で構
成変更の効果を確認することができる。

【００２９】ＲＦ送信機３０は、パケット形式のシリア
ルデータを受信し、その後、チップ系列を加え、ＲＦ送
信機３０内のＩ／Ｑ変調器５８にこの組み合わせられた
信号を供給する。その後、そのデータは、アンテナ４２
を介して、４相位相変調（ＤＱＰＳＫ）で合成された周
波数による、広帯域の直接拡散信号によって送信され
る。この方法は、シリアルデータストリームのビット速
度を半分まで低減し、結果として、同じＲＦ帯域幅内で
２倍のデータ速度を実現する。ＤＱＰＳＫは、データ速
度を２倍にする代わりに、同じ帯域幅内にディジタル符
号チップ系列を２倍に増加し、それにより、さらに高い
耐干渉性および耐雑音性を提供することができる。ＲＦ
送信機３０の増幅器６２の出力電力レベルは１３ｄＢｍ
である。

【００３０】ＲＦ送信機３０において周波数シンセサイ
ザ６０を用いることにより、たとえば、９０２〜９２８
ＭＨｚ周波数帯内で多数の伝送周波数を提供することが
できる。結果として、好ましい実施形態の場合には、５
つの個別の周波数が提供される。

【００３１】図３を参照すると、図１の受信機の詳細な
ブロック図が示される。受信機（中央モニタインタフェ
ース）１２は４つの機能モジュール、すなわちＲＦ受信
機７０と、逆拡散器７２と、ディジタル受信機／プロセ
ッサ７４と、コンピュータインタフェースダイレクトメ
モリアクセス入力／出力（ＤＭＡＩ／Ｏ）７６とを含
む。その受信機のさらに詳細な図が図４に示される。無
線周波数受信機（ＲＦＲＸ）７０は、複数のアンテナ７
８と、アンテナ７８に接続される無線周波数切替器（Ｒ
ＦＳＷ）８０と、ミクサ８２と、７０ＭＨｚの中間周波
数（ＩＦ）用の周波数シンセサイザ（ＦＳ）８４と、バ
ンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８６と、ミクサ８８と、５
ＭＨｚＩＦ用の水晶発振器（ＸＴＡＬ）９０と、ローパ
スフィルタ（ＬＰＦ）９２と、自動利得制御装置（ＡＧ
Ｃ）９４とを含む。

【００３２】動作時に、ＲＦ受信機７０は、送信された
ＲＦ信号を５ＭＨｚの第２中間周波数（ＩＦ）までダウ
ンコンバートし、この信号を、復調するために逆拡散器
７２に供給する。アンテナシステム１８は、パーソナル
コンピュータ（ＰＣ）２２から１５２．４ｃｍ（５ｆ
ｔ）以上離れて取り付けられる（標準的な条件下で）２
つ以上のアンテナ７８を含む。受信機ボックス２０は、
ＰＣ２２の１５２．４ｃｍ（５ｆｔ）以内に配置される
ことになる。アンテナ切替器８０はアンテナ空間ダイバ
ーシティのために設けられる。ＲＳＳＩ（受信信号電界
強度指示）信号は、ビット誤り率（ＢＥＲ）とともに、
アンテナが切り替えられるようにするために供給され
る。好ましい実施形態では、ＡＧＣ９４Ｏ／Ｐは、広範
な入力範囲にわたって、一定の制御レベルを提供するで
あろう。たとえば、標準的な動作中に、患者は移動する
であろう（移動するか否かにかかわらず、マルチパスの
影響が支配的である）。ＲＦ送信機１４からの出力信号
は、受信機（１８／２０）に対して見通しで、かつ多数
の反射経路で伝送されるであろう。特定の点における信
号は互いに打ち消しあい、信号が現れない、すなわち消
失した「無信号」地点を与える傾向があるであろう。こ
れらの地点は多くの要因、たとえば、室内のレイアウ
ト、移動する物体および人間、隣接する建物の場所およ
び配置、金属物体等に依存する。これらの無信号の帯域
幅は本質的に広帯域であり、数ＭＨｚに及ぶ可能性があ
る。これは、受信される信号の性能を劣化させ、ＲＦ信
号を受信するために利用可能な時間を減少させる。この
問題を解消するために、受信信号の劣化時に、受信機の
判断によって受信機当たり２つ以上のアンテナが切り替
わるようにするために、アンテナ７８の空間ダイバーシ
ティが必要とされる。好ましい実施形態では、入力ＲＦ
信号の減衰時に切り替えるためにＲＳＳＩが用いられる
が、受信信号上のパケットチェックサムを用いて、アン
テナ７８を切り替えることもできる。さらに、空間ダイ
バーシティアンテナによって、特定の患者１６が広範囲
にわたって移動できるようになる。

【００３３】ＲＦ受信機において用いられるＦＳ８４
は、受信機の周波数を調整する。患者に送信機を取り付
ける前に、その送信機は、患者の番号を提供し、全二重
光リンク３２を介して伝送周波数を設定するように、Ｐ
Ｃによって構成される。ＲＦ受信機ＦＳ８４のための制
御信号もＰＣから制御され、作業者２４によって変更さ
れることができる。これは、スペクトル拡散帯域制限内
で一致する干渉者を回避すること、あるいは多数の患者
を収容することが好ましい状況において、ＲＦ送信機周
波数を変更する能力とともに自由度を与える。またＰＣ
は、パケットおよびワード同期が受信機データの構造と
ともに変更可能であるという点で、送信機と同様に受信
機に関する制御も与える。いずれかのアンテナ７８（Ｒ
Ｆ切替器８０によって制御される）から到来する受信信
号は、周波数シンセサイザ８４からのＲＦ信号と混合さ
れる。７０ＭＨｚＩＦ（中間周波数）はバンドパスフィ
ルタ８６で帯域制限され、その後、第１の固定ミクサ８
８を通過して、５ＭＨｚの第２ＩＦが与えられる。この
信号はＬＰＦ９２によって低域通過フィルタ処理され、
ＡＧＣ回路９４に送られる。ＡＧＣ回路９４は、ＲＳＳ
Ｉを用いて、逆拡散器７２によって制御される。５ＭＨ
ｚＩＦ信号は逆拡散器７２に進み、そこで、入力された
ＩＦがディジタル復調され、シリアルデータおよび再生
されたクロックが与えられる。

【００３４】図５を参照すると、図３の逆拡散器のさら
に詳細なブロック図が示される。逆拡散器７２は、アナ
ログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）９６と、ＳＴＥＬ
２０００９８と、マイクロプロセッサ１００とを備え
る。逆拡散器の素子のパラメータは受信機によって制御
可能である。これにより、チップ系列、ディジタルピー
ク検出およびディジタルフィルタを変更できるようにな
り、すなわち、信号品質を改善するために、受信信号
（ＲＦ受信機に渡される）の周波数および他のパラメー
タを変更することができる。逆拡散器７２から、シリア
ルパケット（拡散信号が除去されている）はディジタル
受信機７４に進む。

【００３５】図６を参照すると、図３のディジタル受信
機のブロック図が示される。ディジタル受信機７４は、
シリアル／パラレル変換器（Ｓ／Ｐ）１０２と、パラレ
ルフォーマッタ１０４と、入力ＦＩＦＯ１０６と、マイ
クロプロセッサ（μＰ）１０８と、出力ＦＩＦＯ１０８
とを備える。ディジタル受信機７４では（その素子が図
６に詳細に示される）、３パケットバイト（ＰＣによっ
て制御される値）を用いて、入力シリアルデータストリ
ームと同期させる。そのデータは、ＰＣによって制御さ
れ、ＦＩＦＯ（先入れ先出し）メモリ１０６に格納され
る、ロードされたパラメータを用いて、８ビットバイト
形式に変換される。マイクロプロセッサ１０８は、ＰＣ
によって規定される２ワード同期バイトからの入力パラ
レルデータと同期し、パラレルデータからこれを取り除
き、チェックサムが正確であることを保証し、これをＰ
Ｃ２２のＤＭＡＩ／Ｏ７６に転送する。受信機のマイ
クロプロセッサには、上記の全二重光リンクの受信機側
１１２が接続される。送信機はＬＥＤドライバ１１４に
よって設けられ、受信機はフォトトランジスタ１１６に
よって設けられる。

【００３６】またＰＣは、パケット構造への変更（すな
わち、１チャネル、８チャネル、３２チャネル等）をダ
ウンロードすることができる。その後、そのデータはユ
ーザに適した形式でＰＣ上に表示される。

【００３７】コンピュータ（中央監視局）インタフェー
ス７６は、ＤＭＡ（たとえば、Keithley Metrabyte PDM
A-32）を有する業界標準ディジタルＩ／Ｏである。ＤＭ
ＡＩ／Ｏはパーソナルコンピュータ２２に導入され、最
低限のソフトウエアオーバヘッドで、プラットフォーム
とは独立して高速データ転送を提供する。

【００３８】図７を参照すると、図１および図２の移動
送信機のさらに詳細なブロック図が示される。具体的に
は、ＲＦ送信機３０がさらに詳細に示される。ＲＦ送信
機３０は、Ｉ／Ｑ変調器５８と、周波数シンセサイザ６
０と、出力電力増幅器６２とを備える。周波数シンセサ
イザ６０は、電圧制御発振器１２０と、方向性結合器１
２２とを備え、シリアルクロック、シリアルデータおよ
びイネーブルのための入力を有する。Ｉ／Ｑ変調器は、
Ｉ／Ｑ直交変調器へのＩおよびＱ入力のための個別のロ
ーパスフィルタ１２４と、アイソレーション増幅器１２
６とを備える。出力電力増幅器６２は、第１段１２８、
第２段１３０および第３段１３２の増幅器を有する３つ
の段を含む。

【００３９】さらに移動送信機１４について考えてみる
と、２４時間電池交換が必要でないという要件を満足す
るために、かつ送信機の大きさを制限するために、広範
囲にわたる設計変更を実施し、電流を低減し、大きさを
制限した。図７は、これらの目的を満足できるようにす
る設計変更を示す。アナログ差動フロントエンド（チャ
ネル当たり１つ）が、個別の演算増幅器を用いて最小限
の電流を確保するように設計される。現時点で設計され
ている差動増幅器は、そのような低い電流を供給するこ
とができない。より低速のスイッチング速度、より低速
のＡ／Ｄおよび低電流マイクロコントローラを用いて、
電流消費を低減する。図７に示されるＲＦ増幅器の設計
は、受動直交変調器を用いながら、＋１３ｄＢｍの線形
出力を供給する。さらに、パラメータデータ転送を達成
するために、ＲＦ受信機を追加するのではなく、光リン
クを用いることにより、移動送信機１４の構成が簡単に
なり、その電力使用量が節約される。

【００４０】図８（ａ）、図８（ｂ）および図８（ｃ）
を参照すると、ディジタル受信機７４と移動送信機１４
との間の光チャネル信号形式を示すタイミング図が示さ
れる。図８（ａ）は、ディジタル受信機がコンピュータ
２２によって起動された後の移動送信機１４とディジタ
ル受信機７４のための出力信号を示しており、信号１５
０は移動送信機１４の出力光信号を表しており、信号１
５２はディジタル受信機７４の出力光信号を表す。移動
送信機１４は、２ｍｓ周期毎に一度、光送信機３４から
パルスを送出する。パルス持続時間は、信号１５０によ
って示されるように、５０μｓ〜１００μｓである。デ
ィジタル受信機７４は、これらのパルスを受信し、信号
１５２によって示されるように、１つの送信パルスの終
了時点から次のパルスの開始時点まで安定している符号
を出力する。移動送信機１４はこの信号を受信し、所定
のプリアンブル符号と一致するまで、その信号をシフト
する。プリアンブルのための符号は１１００１１００で
ある。プリアンブル符号の８番目のビットを送信した
後、ディジタル受信機７４は、第１のデータバイトの最
初のビットを送出するための準備をする。移動送信機１
４は、１５４において示されるように、その信号を１ｍ
ｓ間保持することにより、受信されたプリアンブルに肯
定応答する。移動送信機の光信号がハイ状態を継続する
時間が１００μｓより長い場合（プリアンブルが正確で
あるものと仮定する場合）には、ディジタル受信機は、
１５６において示されるように、コマンドの最初のデー
タビットを出力する。

【００４１】図８（ｂ）は、ディジタル受信機７４から
移動送信機１４までのデータの伝送中の移動送信機１４
およびディジタル受信機７４のための出力信号のタイミ
ング図を示す。信号１６０は、移動送信機１４によって
出力される光信号を表しており、信号１６２は、ディジ
タル受信機によって出力される光信号を表す。信号１６
０は、１６４において示されるように、５０〜１００μ
ｓ間ロー状態に移行し、ディジタル受信機７４からのデ
ータ信号１６２はその時間に安定しなければならない。
信号１６０が１６６においてハイ状態に移行するとき、
ディジタル受信機によって送出されているビットは変化
することができるが、１６８において信号１６０がロー
状態に移行する時点までには安定しなければならない。
１７０における信号１６０の立ち上がりエッジで、デー
タビット１７２が移動送信機１４において読み取られ
る。８番目のクロックパルス時に、ディジタル送信機は
１ｍｓ間ハイ状態に移行する。同時に、ディジタル受信
機７４の信号１６は、約５００μｓ間ロー状態に移行す
る。その後、移動送信機信号が１ｍｓ後にロー状態に移
行し、その後ハイ状態に移行する間に、ディジタル受信
機７４は、第２のバイトの最初のビットのための出力を
設定し、安定状態にとどまる。信号１５０および１５２
は第２のバイトも表す。最後のバイトの最後のビットに
おいて、ディジタル受信機７４の出力はハイ状態に移行
し、そのまま５００μｓ間ハイ状態にとどまり、その後
１ｍｓ間ロー状態に移行する。これは、移動送信機がデ
ータの送出を開始するように設定する。

【００４２】図８（ｃ）は、それぞれ信号１８０および
１８２のような、ディジタル受信機７４と移動送信機１
４とによって出力される光信号を示すタイミング図であ
る。ここでは、上記の２つの図８（ａ）および図８
（ｂ）とは役割が入れ替わる。ディジタル受信機光出力
が１ｍｓ間ロー状態に移行する。移動送信機１４によっ
て送出されるデータ信号１８０は、１８４において示さ
れるように、ディジタル受信機光信号がハイ状態に移行
するときに、安定していなければならない。ハイ状態中
に、データ信号１８２は変化することができるが、１８
６の場合のように、ディジタル受信機光出力信号が再び
ロー状態に移行する前に安定しなければならない。８番
目のデータビットの最後の時点で、１８８の場合のよう
に、ディジタル受信機光出力信号は１ｍｓ間ハイ状態に
移行する。移動送信機光出力信号は５００μｓ間ロー状
態に移行するが、そうしない場合には誤りを指示するこ
とになり、ディジタル受信機７４は、プリアンブルを再
送し始めるようになる。

【００４３】本発明はある特定の実施形態を参照しなが
ら具体的に図示および説明されてきたが、本発明の精神
および範囲から逸脱することなく、形態および細部にお
いて種々の他の改変がなされる場合があることは当業者
には理解されよう。

【００４４】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば、この分
野における上記の問題点を解決し、より電力効率が高
く、自由度が高く、データ伝送効率に優れた無線伝送を
実現する生理信号の遠隔測定の方法および装置を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による患者モニタリング
システムのブロック図である。

【図２】図１の移動送信機の詳細なブロック図であ
る。

【図３】図１の受信機の詳細なブロック図である。

【図４】図３のＲＦ受信機の詳細なブロック図であ
る。

【図５】図３の逆拡散器の詳細なブロック図である。

【図６】図３のディジタル受信機および光送受信機の
詳細なブロック図である。

【図７】図１および図２の移動送信機のさらに詳細な
ブロック図である。

【図８】（ａ）ないし（ｃ）よりなり、図３のディジ
タル受信機と図２の移動送信機との間で交換される光信
号のタイミング図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者セオドア・シー・カデルカナダ国，エヌ２ケー２シー２，オンタリオ，ウォータールー，サンダウンドライブ 290 (72)発明者デニス・メッジャーカナダ国，エヌ２エヌ１シー７，オンタリオ，キッチナー，フォーレストグレンクレッセント 105 Ｆターム(参考） 4C027 AA02 AA03 AA04 BB03 CC00 EE01 FF01 FF02 FF15 GG00 GG15 HH02 HH03 JJ03 KK03 5K022 EE02 EE14 5K067 AA34 BB21 CC10 DD51 EE02 EE10 EE16 FF02 LL05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生理データを介して患者をモニタするた
めのシステムであって、前記患者の体に備えられるセンサに接続され、そこから
生理データを収集するためのセンサインタフェースと、
前記センサインタフェースからのアナログデータのため
の入力と、前記アナログデータから導出されるシリアル
ディジタルデータのための出力と、双方向光リンクを確
立し、移動送信機の動作中に移動送信機構成データを受
信するための光受信機および送信機とを有するディジタ
ルコントローラと、格納された前記移動送信機構成デー
タに基づいて、前記シリアルディジタルデータを無線伝
送するための無線周波数送信機とを含む移動送信機と、前記移動送信機からの無線伝送を受信するためのアンテ
ナアレイと、前記アンテナアレイに接続される入力と、
無線伝送から導出されるディジタルデータのための出力
および移動送信機構成データの入力を有するインタフェ
ースと、双方向光リンクを確立し、前記移動送信機構成
データを隣接する前記移動送信機に送信するための光受
信機および送信機とを含む受信機と、前記生理データを
表示し、前記移動送信機の動作中に双方向光リンクを介
して前記移動送信機構成データを転送するために、前記
インタフェースに接続されるモニタとを含む基地局とを
備えるシステム。
【請求項２】前記移動送信機構成データはパケット同
期バイト値を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】前記移動無線機構成データはワード同期
バイト値を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項４】前記移動送信機構成データは伝送周波数
を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項５】前記移動送信機構成データは識別番号を
含む請求項１に記載のシステム。
【請求項６】前記移動送信機構成データはアナログチ
ャネル数を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項７】前記移動送信機構成データは無線周波数
送信機特性を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項８】前記無線周波数送信機特性はスクランブ
ルパラメータを含む請求項７に記載のシステム。
【請求項９】前記無線周波数送信機特性はディジタル
符号系列を含む請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】前記無線周波数送信機特性は送信機周
波数を含む請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】前記無線周波数送信機特性はデータ速
度を含む請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】前記無線周波数送信機は、差動４相位
相シフトキーイング変調を用いる請求項１に記載のシス
テム。
【請求項１３】前記無線周波数送信機は、直接拡散ス
ペクトル拡散信号を送信する請求項１に記載のシステ
ム。
【請求項１４】前記信号は、約９０２ないし９２８Ｍ
Ｈｚの無線周波数範囲内で送信される請求項１３に記載
のシステム。
【請求項１５】前記信号は、約２．４ないし２．５Ｇ
Ｈｚの無線周波数範囲内で送信される請求項１３に記載
のシステム。
【請求項１６】前記信号は、約５．７２５ないし５．
７８５ＧＨｚの無線周波数範囲内で送信される請求項１
３に記載のシステム。
【請求項１７】生理データを介して患者をモニタする
ための移動送信機であって、前記患者の体に備えられるセンサに接続され、そこから
前記生理データを収集するためのセンサインタフェース
と、前記センサインタフェースからのアナログデータのため
の入力と、前記アナログデータから導出されるシリアル
ディジタルデータのための出力と、双方向光リンクを確
立し、移動送信機の動作中に移動送信機構成データを受
信するための光受信機および送信機とを有するディジタ
ルコントローラと、格納された前記移動送信機構成データに基づいて、前記
シリアルディジタルデータを無線伝送するための無線周
波数送信機とを備える移動送信機。
【請求項１８】生理データを介して患者をモニタする
ための基地局であって、移動送信機からの無線伝送を受信するためのアンテナア
レイと、前記アンテナアレイに接続される入力と、無線伝送から
導出されるディジタルデータのための出力および移動送
信機構成データの入力を有するインタフェースと、双方
向光リンクを確立し、移動送信機構成データを隣接する
移動送信機に送信するための光受信機および送信機とを
含む受信機と、前記生理データを表示し、前記移動送信機の動作中に前
記双方向光リンクを介して前記移動送信機構成データを
転送するために、前記インタフェースに接続されるモニ
タとを備える基地局。