JP2003528645A - 隔離リングセンサーデザイン - Google Patents
隔離リングセンサーデザインInfo
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Classifications
-
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- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02416—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
- A61B5/02427—Details of sensor
-
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-
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- A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
- A61B5/14552—Details of sensors specially adapted therefor
-
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract
(57)【要約】
患者の指における皮膚温度、血流、血液成分濃度及び脈拍数のような測定を行うことにより、患者の健康状態をモニターするためのモニタリング装置。そのモニタリング装置は、内リングとは機械的に切り離される外リングと同様に指に近似の内リングを有する。測定は、予めプログラミングされ得るか、又はリアルタイムデーターもしくは遠く離れた医療専門家からの指令に基づいて変更され得るプロトコルにより行われる。
Description
【0001】技術的分野
本発明は患者の健康状態を監視する装置に関し、特に外部妨害からそのような
装置を隔離する装置に関する。
装置を隔離する装置に関する。
【0002】発明の背景
本発明は、1999年10月12付け米国特許第5,964,701号記載さ
れているような指リングセンサーの改良であり、同特許は参照により本明細書に
含まれる。
れているような指リングセンサーの改良であり、同特許は参照により本明細書に
含まれる。
【0003】
人体に着けられるセンサーを実施する上で最も困難な問題の1つは、センサー
の運動か又はセンサーに加えられる力による人工物信号を除去する問題である。
さらなる問題はプログラムされた操作プロトコルの柔軟性である。
の運動か又はセンサーに加えられる力による人工物信号を除去する問題である。
さらなる問題はプログラムされた操作プロトコルの柔軟性である。
【0004】発明の概要
本発明の望ましい実施形態によると、患者の健康状態をモニターするモニタリ
ング装置が与えられる。モニタリング装置は第1質量を特徴とする内リングを有
する。内リングは患者の指に対して最も近くかつ患者の皮膚温度、血流、血液成
分濃度及び脈拍数の少なくとも1つに基づいて信号を与える内リングに連結され
た少なくとも1つのセンサーを有する。モニタリング装置はまた第2質量を特徴と
する外部リングを有する。外部リングは患者の指に連結される。モニタリング装
置はセンサーによって与えられた信号を処理する外部リング上に配置されるエレ
クトロニクスモジュール及び内及び外リングの機械的切り離しを維持するように
センサーからエレクトロニクスモジュールへ信号を伝える柔軟な電気カップリン
グを有する。
ング装置が与えられる。モニタリング装置は第1質量を特徴とする内リングを有
する。内リングは患者の指に対して最も近くかつ患者の皮膚温度、血流、血液成
分濃度及び脈拍数の少なくとも1つに基づいて信号を与える内リングに連結され
た少なくとも1つのセンサーを有する。モニタリング装置はまた第2質量を特徴と
する外部リングを有する。外部リングは患者の指に連結される。モニタリング装
置はセンサーによって与えられた信号を処理する外部リング上に配置されるエレ
クトロニクスモジュール及び内及び外リングの機械的切り離しを維持するように
センサーからエレクトロニクスモジュールへ信号を伝える柔軟な電気カップリン
グを有する。
【0005】
本発明のさらなる実施形態によると、患者の指に対する内リングの圧力は、伸
長の非線形関数である剛性を有する材料による等の方法で特定された範囲内で調
節され得る。モニタリング装置はまた指内の動脈血流の特性をモニターするため
に光源及び検出器並びに光源によって放射される光の強度を調節する制御ループ
を有する。検出器の信号対ノイズ比又は温度センサーによって発生される信号に
応答して制御される。
長の非線形関数である剛性を有する材料による等の方法で特定された範囲内で調
節され得る。モニタリング装置はまた指内の動脈血流の特性をモニターするため
に光源及び検出器並びに光源によって放射される光の強度を調節する制御ループ
を有する。検出器の信号対ノイズ比又は温度センサーによって発生される信号に
応答して制御される。
【0006】
本発明のさらに他の実施形態によると、健康モニタリング装置は、センサーに
よって与えられた信号を処理する外リング上に配置されるエレクトロニクスモジ
ュール皮膚温度、血流、血液成分濃度及び脈拍数の少なくとも1つに基づいて信
号を与える患者の指に近似のリングに連結された少なくとも1つのセンサー及び
センサーによって与えられた信号を処理する外リング上に配置されるエレクトロ
ニクスモジュールを有するものとして与えられ得る。そこではエレクトロニクス
モジュールが生理学的測定を特定するプロトコルスケジューラーを含む。モニタ
リング装置はセンサー信号に基づいて生理学的データーを遠隔ステーションユニ
ットへ送信するトランスポンダ及び遠隔ステーションユニットからのプロトコル
スケジュール指令を受信する受信機を有し得る。
よって与えられた信号を処理する外リング上に配置されるエレクトロニクスモジ
ュール皮膚温度、血流、血液成分濃度及び脈拍数の少なくとも1つに基づいて信
号を与える患者の指に近似のリングに連結された少なくとも1つのセンサー及び
センサーによって与えられた信号を処理する外リング上に配置されるエレクトロ
ニクスモジュールを有するものとして与えられ得る。そこではエレクトロニクス
モジュールが生理学的測定を特定するプロトコルスケジューラーを含む。モニタ
リング装置はセンサー信号に基づいて生理学的データーを遠隔ステーションユニ
ットへ送信するトランスポンダ及び遠隔ステーションユニットからのプロトコル
スケジュール指令を受信する受信機を有し得る。
【0007】好ましい態様の詳細な記載
本発明の実施形態は、米国特許第5,964,701号記載されているような
指リングセンサーを改良すると共に皮膚温度、電気インピーダンス、脈拍、血液
成分濃度及び血流等いろいろな生理学的パラメータの任意のものをモニターする
ために人体に着けられる他のセンサーにも用いられ得る。本発明の望ましい実施
形態によると、センサーデーターは無線通信リンクを通してコンピューターに送
信され、患者の状態が連続的かつ遠隔的に分析される。センサーデーターを分析
することによって異常な健康状態及び起こり得る偶発症候のあらゆる特性が検出
され得る。指リングセンサーとして身に着けられるセンサーは、センサーが患者
によっていつでも身に着けられ、従って健康状態が一日24時間に亘ってモニタ
ーされ得るような特別な利点がある。限定の意味ではなく、本明細書の目的のた
めにセンサーはリングセンサーを指し、また限定の意味ではなく、センサーの様
式は、赤外線発光ダイオード(LED)及びフォトダイオードのような光学要素
を用いて脈拍を測定するフォトプレシスモグラフ(体積記録器)装置によって記
載される。
指リングセンサーを改良すると共に皮膚温度、電気インピーダンス、脈拍、血液
成分濃度及び血流等いろいろな生理学的パラメータの任意のものをモニターする
ために人体に着けられる他のセンサーにも用いられ得る。本発明の望ましい実施
形態によると、センサーデーターは無線通信リンクを通してコンピューターに送
信され、患者の状態が連続的かつ遠隔的に分析される。センサーデーターを分析
することによって異常な健康状態及び起こり得る偶発症候のあらゆる特性が検出
され得る。指リングセンサーとして身に着けられるセンサーは、センサーが患者
によっていつでも身に着けられ、従って健康状態が一日24時間に亘ってモニタ
ーされ得るような特別な利点がある。限定の意味ではなく、本明細書の目的のた
めにセンサーはリングセンサーを指し、また限定の意味ではなく、センサーの様
式は、赤外線発光ダイオード(LED)及びフォトダイオードのような光学要素
を用いて脈拍を測定するフォトプレシスモグラフ(体積記録器)装置によって記
載される。
【0008】
本発明の望ましい実施形態ではリングセンサーは、脈(脈拍)酸素測定技術と
マイクロエレクトロニクス及び無線通信技術とを組合わせたリング構成の小型化
された遠隔計測による歩行用モニタリング装置である。この装置は患者動脈血液
流の脈拍及び酸素飽和を光学的に捉え、無線で信号をパソコンに送信する。LE
Dから放射される光は人体組織を横断して光検出器に達し、そのある部分が血液
を含む組織によって吸収される。血液の近赤外線(NIR)吸収係数は他の介在
組織のそれを越えるので、受信された光の強度は組織を通した路内の血液量に依
存する。その結果として、心臓のポンプ動作によって指の動脈及び毛細管が拡張
すると、検出器によって受信された光強度は低下する。逆に、動脈及び毛細管が
収縮すると測定された光強度は高くなる。そのようなリングセンサーは家庭では
一日24時間患者によって身に着けられ得る。リングセンサーによるリアルタイ
ムでの連続モニタリングは、患者の健康状態の突然変化の緊急検出のみならず、
さもなければ困難な痴呆老齢者のような従順でない患者の命に関わる兆候の長期
モニタリングに備え得る。
マイクロエレクトロニクス及び無線通信技術とを組合わせたリング構成の小型化
された遠隔計測による歩行用モニタリング装置である。この装置は患者動脈血液
流の脈拍及び酸素飽和を光学的に捉え、無線で信号をパソコンに送信する。LE
Dから放射される光は人体組織を横断して光検出器に達し、そのある部分が血液
を含む組織によって吸収される。血液の近赤外線(NIR)吸収係数は他の介在
組織のそれを越えるので、受信された光の強度は組織を通した路内の血液量に依
存する。その結果として、心臓のポンプ動作によって指の動脈及び毛細管が拡張
すると、検出器によって受信された光強度は低下する。逆に、動脈及び毛細管が
収縮すると測定された光強度は高くなる。そのようなリングセンサーは家庭では
一日24時間患者によって身に着けられ得る。リングセンサーによるリアルタイ
ムでの連続モニタリングは、患者の健康状態の突然変化の緊急検出のみならず、
さもなければ困難な痴呆老齢者のような従順でない患者の命に関わる兆候の長期
モニタリングに備え得る。
【0009】
しかし、リングセンサーのようなセンサーは、いろいろな運動及び環境光人工
物に必然的に影響され易い。例えば、患者の極度に加速された動きでは、慣性に
より光学センサーユニットは皮膚上で移動するか若しくは滑動し、その結果光学
センサー測定は歪められるか又は完全に破壊され得る。たとえ静的な外力であっ
ても、指に対するセンサーの相対的な変位のために測定の同様なひずみが生じる
であろう。さらに、環境光は他の主要な測定人工物の原因になり得る。この種の
外部妨害はリングセンサーの品質をかなり低下させ得る。脈測定の光学的方法は
、機械的及び光学的な両外部妨害に対して影響され易い。光学センサーによって
検出された信号は数千倍に拡大されるので、センサー上のあらゆる小さな妨害が
増幅された信号の著しい変化及び結局測定の劣化に帰着する。
物に必然的に影響され易い。例えば、患者の極度に加速された動きでは、慣性に
より光学センサーユニットは皮膚上で移動するか若しくは滑動し、その結果光学
センサー測定は歪められるか又は完全に破壊され得る。たとえ静的な外力であっ
ても、指に対するセンサーの相対的な変位のために測定の同様なひずみが生じる
であろう。さらに、環境光は他の主要な測定人工物の原因になり得る。この種の
外部妨害はリングセンサーの品質をかなり低下させ得る。脈測定の光学的方法は
、機械的及び光学的な両外部妨害に対して影響され易い。光学センサーによって
検出された信号は数千倍に拡大されるので、センサー上のあらゆる小さな妨害が
増幅された信号の著しい変化及び結局測定の劣化に帰着する。
【0010】
図1aを参照すると、概して参照番号10で示されるリングセンサーの断面が
示される。内リング12は患者の指14に最も近く、概して参照番号16で示さ
れるセンサーユニットを含む。内リング12、従ってセンサー16は装置の慣性
の大部分から切り離される。本発明の望ましい実施形態では切り離しは、機械的
に互いに独立した内リング12及び外リング16の2つのリングを有することに
よって切り離しが達成される。光学センサーユニット16をリングの一方上に配
置すると同時に回路基板及びバッテリーモジュール20を他方のリング上に置く
ことによって、リング10が受けるあらゆる慣性力の影響からセンサーユニット
16を保護することが可能である。
示される。内リング12は患者の指14に最も近く、概して参照番号16で示さ
れるセンサーユニットを含む。内リング12、従ってセンサー16は装置の慣性
の大部分から切り離される。本発明の望ましい実施形態では切り離しは、機械的
に互いに独立した内リング12及び外リング16の2つのリングを有することに
よって切り離しが達成される。光学センサーユニット16をリングの一方上に配
置すると同時に回路基板及びバッテリーモジュール20を他方のリング上に置く
ことによって、リング10が受けるあらゆる慣性力の影響からセンサーユニット
16を保護することが可能である。
【0011】
外部の静的力によって生じる問題もまた同一手段で解決し得る。リング装置1
0は2つのリングから成り、第1リング12は第2外リング18に含まれる。内リ
ング12は外リング18内部を浮動し、外リング18の静的変位が内リング12
に実質的に影響しないようにされる。外リング18が内リング12上のセンサー
ユニット16につき光学シールとして作用するので、環境光の問題はこのデザイ
ン(設計)によって同様に緩和される。
0は2つのリングから成り、第1リング12は第2外リング18に含まれる。内リ
ング12は外リング18内部を浮動し、外リング18の静的変位が内リング12
に実質的に影響しないようにされる。外リング18が内リング12上のセンサー
ユニット16につき光学シールとして作用するので、環境光の問題はこのデザイ
ン(設計)によって同様に緩和される。
【0012】
本発明の望ましい実施形態によると、内リング12は基本的に光学センサーユ
ニット16を支える薄いバンド(帯状体)であり、それがまた1つ又はそれ以上の
LED22及び1つ又はそれ以上のフォトダイオード24を含む。内リング12
は、プラスチック、アクリル又はゴムバンドのような軽い材料で作られる。ゴム
又はラテックスバンドは、柔軟かつ弾力性があるので望ましい。
ニット16を支える薄いバンド(帯状体)であり、それがまた1つ又はそれ以上の
LED22及び1つ又はそれ以上のフォトダイオード24を含む。内リング12
は、プラスチック、アクリル又はゴムバンドのような軽い材料で作られる。ゴム
又はラテックスバンドは、柔軟かつ弾力性があるので望ましい。
【0013】
皮膚上の光学センサーに何らかの圧力を与えることは測定した信号の振幅を増
大させ得て、その結果、ノイズ比に対してより大きな信号を生じることが指モデ
ルの分析から判明した。さらに、形が追随しやすい材料を内リングに用いること
は、指をしっかりと押さえることに貢献するという利点がある。
大させ得て、その結果、ノイズ比に対してより大きな信号を生じることが指モデ
ルの分析から判明した。さらに、形が追随しやすい材料を内リングに用いること
は、指をしっかりと押さえることに貢献するという利点がある。
【0014】
装置10の第2部分は、回路基板及びバッテリーモジュール20を支持する外
リング18である。さらに、モジュール20は、生理データーをステーションユ
ニット28に送信する無線周波その他のトランスポンダ又は送信機であって、患
者の体の上又は患者の近辺に置かれるものを含むことができる。第2部分18は
前記回路基板及びバッテリーを支持できるように金属又はPVCのようなより硬
い材料からなる。それはまた、外力に対する機械的シェルターとして機能する。
第1部分12は、それが第2部分18内で浮かぶように第2部分18内に置かれ
る。センサーユニット16は第1部分に機械的に連結され、かつ、外リング18
の回転が実質的に内リング12に影響しないように、十分長くかつほとんど撓ま
ない薄いワイヤ26によって第2部分18上の回路基板20に電気的に連結され
ている。ワイヤ26は、第1部分と第2部分を接続する唯一のものである。この
構成によって、センサーユニットを支持する第1部分は、第2部分の運動から実
質的に分断されており、第2部分の運動の影響から解放されている。
リング18である。さらに、モジュール20は、生理データーをステーションユ
ニット28に送信する無線周波その他のトランスポンダ又は送信機であって、患
者の体の上又は患者の近辺に置かれるものを含むことができる。第2部分18は
前記回路基板及びバッテリーを支持できるように金属又はPVCのようなより硬
い材料からなる。それはまた、外力に対する機械的シェルターとして機能する。
第1部分12は、それが第2部分18内で浮かぶように第2部分18内に置かれ
る。センサーユニット16は第1部分に機械的に連結され、かつ、外リング18
の回転が実質的に内リング12に影響しないように、十分長くかつほとんど撓ま
ない薄いワイヤ26によって第2部分18上の回路基板20に電気的に連結され
ている。ワイヤ26は、第1部分と第2部分を接続する唯一のものである。この
構成によって、センサーユニットを支持する第1部分は、第2部分の運動から実
質的に分断されており、第2部分の運動の影響から解放されている。
【0015】
図1bは、装置10に対して番号30で示す方向に作用する外力の効果を示す
。外リング18に外力が作用すると、外リング18に対する内リング12の相対
位置は変化するが、内リング12に取り付けられたセンサーユニット16に対す
る指14の相対位置は変化しない。回路基板20とセンサーユニット16を電気
的に接続するワイヤ26は薄く、かつ、外リング18がいかなる種類の外部トル
クによって回転されるときに、外リング18は多少回転してもよいが、内リング
12は実質的に回転しないように十分に長いことが好ましい。
。外リング18に外力が作用すると、外リング18に対する内リング12の相対
位置は変化するが、内リング12に取り付けられたセンサーユニット16に対す
る指14の相対位置は変化しない。回路基板20とセンサーユニット16を電気
的に接続するワイヤ26は薄く、かつ、外リング18がいかなる種類の外部トル
クによって回転されるときに、外リング18は多少回転してもよいが、内リング
12は実質的に回転しないように十分に長いことが好ましい。
【0016】
発明の好ましい実施の形態において、小型化したセンサーユニット16は、装
置の合計質量に比べてほとんど無視することができる質量の内リング12に取り
付けられている。典型的に、内リングの質量に対する外リングの質量の比は少な
くとも10倍である。センサーユニット16は、好ましくは、2つの光放出フォ
トダイオードと、1つの光検出器を含む1つの小さな回路基板(5 mm x 5 mm x
0.8 mm)を含むが、一体化された光学ユニットのような他の実施の形態も本発明
の範囲に含まれる。モジュール20を含むメイン回路基板及びバッテリーは外リ
ング18(これはまたハウジングとも呼ばれる)上に座り、比較的重く、かつ、
嵩張るものである。上記メインサーキットリーは、面取り付けタイプ又はベア(
裸)ダイ形式とすることができる多数の小さな要素からなる。レジスターとコン
デンサーはワイヤボンド付け、あるいは、導電エポキシによる接着のいずれかで
ある。集積回路はダイ形式、及び回路基板上の金製パッドにワイヤボンド付けと
することができる。小さくかつ軽量の構成要素が使用されるが、この回路基板の
全質量は無視することができない。さらに、回路の電力を与えるために使用され
るボタンタイプのバッテリーは比較的大きな質量を持つ。発明の好ましい実施の
形態において、これらの構成要素は外リングの表面上に位置している。
置の合計質量に比べてほとんど無視することができる質量の内リング12に取り
付けられている。典型的に、内リングの質量に対する外リングの質量の比は少な
くとも10倍である。センサーユニット16は、好ましくは、2つの光放出フォ
トダイオードと、1つの光検出器を含む1つの小さな回路基板(5 mm x 5 mm x
0.8 mm)を含むが、一体化された光学ユニットのような他の実施の形態も本発明
の範囲に含まれる。モジュール20を含むメイン回路基板及びバッテリーは外リ
ング18(これはまたハウジングとも呼ばれる)上に座り、比較的重く、かつ、
嵩張るものである。上記メインサーキットリーは、面取り付けタイプ又はベア(
裸)ダイ形式とすることができる多数の小さな要素からなる。レジスターとコン
デンサーはワイヤボンド付け、あるいは、導電エポキシによる接着のいずれかで
ある。集積回路はダイ形式、及び回路基板上の金製パッドにワイヤボンド付けと
することができる。小さくかつ軽量の構成要素が使用されるが、この回路基板の
全質量は無視することができない。さらに、回路の電力を与えるために使用され
るボタンタイプのバッテリーは比較的大きな質量を持つ。発明の好ましい実施の
形態において、これらの構成要素は外リングの表面上に位置している。
【0017】
内リング12と、外リング18は、可撓性の薄い2,3本のワイヤ26だけで
連結されている。その結果、内リングと外リングは実質的に機械的に切り離され
ている。外リングは直接力と慣性力を含む外力を受けて、移動し指の回りで回転
することができる。しかしながら、内リングは、外リングの運動による影響を実
質的に受けない。さらに、内リングは外リングの内側で浮く。人がこの装置を身
につけると、内リング12と外リング18の両方を同時に身につけられるが、2
つのリングの間に信号変換のための直接的な機械的接続は、2,3の薄いワイヤ
26を除いて存在しない。従って、装置に作用するいかなる外力は実質的に外リ
ングのみに作用し、その外力は外リングの指に接する部分によってほとんど支持
される。2つのリングが実質的に分断されているので、外力は指と内リングの接
点に実質的に影響を及ぼさない。その結果、センサーユニットの測定は、外リン
グに作用する外力が存在するときでさえ、安定維持される。
連結されている。その結果、内リングと外リングは実質的に機械的に切り離され
ている。外リングは直接力と慣性力を含む外力を受けて、移動し指の回りで回転
することができる。しかしながら、内リングは、外リングの運動による影響を実
質的に受けない。さらに、内リングは外リングの内側で浮く。人がこの装置を身
につけると、内リング12と外リング18の両方を同時に身につけられるが、2
つのリングの間に信号変換のための直接的な機械的接続は、2,3の薄いワイヤ
26を除いて存在しない。従って、装置に作用するいかなる外力は実質的に外リ
ングのみに作用し、その外力は外リングの指に接する部分によってほとんど支持
される。2つのリングが実質的に分断されているので、外力は指と内リングの接
点に実質的に影響を及ぼさない。その結果、センサーユニットの測定は、外リン
グに作用する外力が存在するときでさえ、安定維持される。
【0018】
本発明の実施の形態に従う隔離リングセンサーは、外リング18が周囲光の透
過をブロックし、そういった光による影響をセンサーの測定に与えないという、
さらなる光学的隔離の利点を持つ。
過をブロックし、そういった光による影響をセンサーの測定に与えないという、
さらなる光学的隔離の利点を持つ。
【0019】
指14に対して保たれる内リング12の圧力は、ある特定の測定値の場合の信
号のレベルに影響することが知られている。例えば、血管の外側に作用する圧力
は血管壁の硬さを減少させ、それにより、例えば、脈測定信号の振幅を増大させ
る。他方、その圧力に存在する兼ね合いは、血管内の血液の自由な流れを閉塞さ
せるほど増大させてはならない。センサーリングに与えられる圧力は、10−3
0mmHgの範囲にあることが望ましいことが判明した。発明の1実施形態に従えば
、リングをエラストマーから形成することにより、リング12の伸長の関数とし
てのリングにおける好ましい非線形引張特性が与えられる。特に、その引張りが
伸長により飽和することが望ましい。その特性を与える好ましい材料は、衣服の
弾性バンドに用いられるようなエラストマー組織である。
号のレベルに影響することが知られている。例えば、血管の外側に作用する圧力
は血管壁の硬さを減少させ、それにより、例えば、脈測定信号の振幅を増大させ
る。他方、その圧力に存在する兼ね合いは、血管内の血液の自由な流れを閉塞さ
せるほど増大させてはならない。センサーリングに与えられる圧力は、10−3
0mmHgの範囲にあることが望ましいことが判明した。発明の1実施形態に従えば
、リングをエラストマーから形成することにより、リング12の伸長の関数とし
てのリングにおける好ましい非線形引張特性が与えられる。特に、その引張りが
伸長により飽和することが望ましい。その特性を与える好ましい材料は、衣服の
弾性バンドに用いられるようなエラストマー組織である。
【0020】
その他の要素(ファクタ)は哺乳動物の手足、特に、人類の指の血液の流れに
影響する。そういったファクターの1つは周囲の低温であり、これは手足の血流
を減少させる。温度効果を補償するために、発明の実施の形態によれば、LED
22によって放射された光の強さが増大されて、受け入れられるレベルの信号−
ノイズが維持される。その目的のため、温度センサー8が回路の部分として設け
られて、LEDの強さを自動的に補償する。発明の更なる実施の態様に従えば、
代替的に、信号−ノイズレベル比がハードウェア又はソフトウェアで規定され、
そして、LEDレベルは制御ループによって調整されて、上記規定された比を維
持し又は、例えば、電力使用を含むことができる特定の制約範囲内に信号レベル
を最適化する。
影響する。そういったファクターの1つは周囲の低温であり、これは手足の血流
を減少させる。温度効果を補償するために、発明の実施の形態によれば、LED
22によって放射された光の強さが増大されて、受け入れられるレベルの信号−
ノイズが維持される。その目的のため、温度センサー8が回路の部分として設け
られて、LEDの強さを自動的に補償する。発明の更なる実施の態様に従えば、
代替的に、信号−ノイズレベル比がハードウェア又はソフトウェアで規定され、
そして、LEDレベルは制御ループによって調整されて、上記規定された比を維
持し又は、例えば、電力使用を含むことができる特定の制約範囲内に信号レベル
を最適化する。
【0021】
図2は発明の好ましい実施の態様に従うリングセンサー装置10の斜視図であ
る。外リング18は、患者が身につけやすいように2つのピース(部分)32,
34に分割されている。信号処理電子装置及び送信機を含むモジュール20は、
外リングピース34の部分である。
る。外リング18は、患者が身につけやすいように2つのピース(部分)32,
34に分割されている。信号処理電子装置及び送信機を含むモジュール20は、
外リングピース34の部分である。
【0022】
本発明の実施の形態に従う新たなデザインを立証するために、新たな2重リン
グセンサーから得られた測定値が古いリングセンサーのものと比較された。古い
リングセンサーは、1つのピースであるアルミからなる単一のリングを使用する
。回路基板はそのリングの外面に取り付けられ、センサーユニットは同じリング
の内面に取り付けられている。ここで図3に言及すると、種々の位置においてリ
ング40に静的外力を与える実験が行われた。指の動脈42は、指14の軸44
に関して角度をなす向きにあることが示される。
グセンサーから得られた測定値が古いリングセンサーのものと比較された。古い
リングセンサーは、1つのピースであるアルミからなる単一のリングを使用する
。回路基板はそのリングの外面に取り付けられ、センサーユニットは同じリング
の内面に取り付けられている。ここで図3に言及すると、種々の位置においてリ
ング40に静的外力を与える実験が行われた。指の動脈42は、指14の軸44
に関して角度をなす向きにあることが示される。
【0023】
最初に、角度θ=0°の点において外力をかけ、相当するフォトプレシスモグ
ラフを測定した。同じ実験をθ=90°、θ=180°及びθ=270°でそれ
ぞれ行った。プレイン(古い)リングセンサーの実験からのフォトプレシスモグラ
フを図4に示し、新しいリングの結果を図5に示す。
ラフを測定した。同じ実験をθ=90°、θ=180°及びθ=270°でそれ
ぞれ行った。プレイン(古い)リングセンサーの実験からのフォトプレシスモグラ
フを図4に示し、新しいリングの結果を図5に示す。
【0024】
1片から構成される古いリングの場合において、外力の関数として測定が非常
に変わった。θ=0°又は270°の角度における外力で、フォトプレシスモグ
ラフは大きな振幅を有して明確である。指モデルの分析により、センサーユニッ
トにおけるある圧力で信号がより強くなることが知られている。0°又は270
°の外力での実験において、信号の振幅は、センサーユニットにおいてかけられ
た圧力による外力がない場合よりも実際大きい。しかし、90°において外力が
かけられた場合、信号の振幅は非常に低減し、脈拍は検知するのが困難である。
この構成において、センサーユニットにおいてかけられた圧力がほとんどゼロで
あり、測定を非常に低下させてしまう、光学的センサーと皮膚の間に小さな空隙
さえ存在し得る。θ=180°の場合に、空隙はより大きくなり、脈拍は認識す
るのが困難であり得る。実際に、4つの場合のうちでこれが最も悪い構成である
。
に変わった。θ=0°又は270°の角度における外力で、フォトプレシスモグ
ラフは大きな振幅を有して明確である。指モデルの分析により、センサーユニッ
トにおけるある圧力で信号がより強くなることが知られている。0°又は270
°の外力での実験において、信号の振幅は、センサーユニットにおいてかけられ
た圧力による外力がない場合よりも実際大きい。しかし、90°において外力が
かけられた場合、信号の振幅は非常に低減し、脈拍は検知するのが困難である。
この構成において、センサーユニットにおいてかけられた圧力がほとんどゼロで
あり、測定を非常に低下させてしまう、光学的センサーと皮膚の間に小さな空隙
さえ存在し得る。θ=180°の場合に、空隙はより大きくなり、脈拍は認識す
るのが困難であり得る。実際に、4つの場合のうちでこれが最も悪い構成である
。
【0025】
図5を参照すると、本発明の好ましい態様による、新しいリングセンサーのフ
ォトプレシスモグラフのグラフは、ずっと良好な結果を示す。先に説明した理由
のために、信号は最も明確であり、振幅はθ=0°又は270°において大きい
。しかし、θ=90°又は180°においてかけられた外力でもってさえ、フォ
トプレシスモグラフの信号は、なお明確であり、脈拍を識別するのが困難でない
。
ォトプレシスモグラフのグラフは、ずっと良好な結果を示す。先に説明した理由
のために、信号は最も明確であり、振幅はθ=0°又は270°において大きい
。しかし、θ=90°又は180°においてかけられた外力でもってさえ、フォ
トプレシスモグラフの信号は、なお明確であり、脈拍を識別するのが困難でない
。
【0026】
θ=180°である最も悪い構成においてさえ、信号の振幅は比較的小さいが
、脈拍を識別するのに十分である程度までヒトの脈拍を明確に反映している。こ
の新しいリングデザインでは、外リングがもとの位置から非常に動くが、光学的
センサーと皮膚の間の空隙が存在しない。
、脈拍を識別するのに十分である程度までヒトの脈拍を明確に反映している。こ
の新しいリングデザインでは、外リングがもとの位置から非常に動くが、光学的
センサーと皮膚の間の空隙が存在しない。
【0027】
本明細書に記載されたリングセンサー装置は、本発明の態様により種々の方式
において操作され得る。生理学的パラメーターを測定する正確さとセンサーエレ
クトロニクス及び従ってバッテリー充電寿命によるパワー消費量との間の固有の
兼ね合いがあることが認識される。患者が心臓の痛みを経験している場合のよう
ないくつかの一時的な条件下で、生命維持に必要なサインの頻繁の正確なモニタ
リングは必須である。しかし、日常的条件下での、頻繁でないモニタリングは、
バッテリーの保全業務間のより長い操作を可能にする。
において操作され得る。生理学的パラメーターを測定する正確さとセンサーエレ
クトロニクス及び従ってバッテリー充電寿命によるパワー消費量との間の固有の
兼ね合いがあることが認識される。患者が心臓の痛みを経験している場合のよう
ないくつかの一時的な条件下で、生命維持に必要なサインの頻繁の正確なモニタ
リングは必須である。しかし、日常的条件下での、頻繁でないモニタリングは、
バッテリーの保全業務間のより長い操作を可能にする。
【0028】
従って、種々の柔軟な不確定な測定プロトコルが提供され得る。例えば、フィ
ードバックモードは、リアルタイムデーターに基づく測定スケジュールの変更を
与える。予定された生理学的測定の特定された時系列を開始するために、基板上
又は遠隔ステーションユニット28における、ソフトウエアー又はハードウエア
ーにおいてプロトコルスケジューラー6(図1aにおいて示された)が与えられる
。プロトコルスケジューラー6は、遠く離れた位置の医療専門家からの、リング
にアップロードされた指令パケットに応答し得るか、測定プロトコルの変更をも
たらすためにプログラミングされた、近くでモニターされた信号対ノイズにおけ
る変化に対して又はモニターされた生理学的パラメーターに対して応答し得る。
ードバックモードは、リアルタイムデーターに基づく測定スケジュールの変更を
与える。予定された生理学的測定の特定された時系列を開始するために、基板上
又は遠隔ステーションユニット28における、ソフトウエアー又はハードウエア
ーにおいてプロトコルスケジューラー6(図1aにおいて示された)が与えられる
。プロトコルスケジューラー6は、遠く離れた位置の医療専門家からの、リング
にアップロードされた指令パケットに応答し得るか、測定プロトコルの変更をも
たらすためにプログラミングされた、近くでモニターされた信号対ノイズにおけ
る変化に対して又はモニターされた生理学的パラメーターに対して応答し得る。
【0029】
本発明の他の態様によると、プロトコルスケジュラー6は、生理学的モニタリ
ングのメニューとともにステーションユニット28における医療専門家を与えし
、センサーリングとの両方向コミュニケーションにより、生命維持に必要なサイ
ン測定の好ましいモードの医療専門家による選択を可能にする。
ングのメニューとともにステーションユニット28における医療専門家を与えし
、センサーリングとの両方向コミュニケーションにより、生命維持に必要なサイ
ン測定の好ましいモードの医療専門家による選択を可能にする。
【0030】
本発明の記載された態様は、単に例示することを意図しており、種々の変更及
び改変が当業者には明らかである。そのようなすべての変更及び改変は、特許請
求の範囲において画定された本発明の範囲内であることが意図される。
び改変が当業者には明らかである。そのようなすべての変更及び改変は、特許請
求の範囲において画定された本発明の範囲内であることが意図される。
添付図面と共に以下の記載を参照することによって本発明さらに容易に理解さ
れるであろう。
れるであろう。
【図1】
図1aは本発明の望ましい実施形態による隔離リングセンサーデザインの断面
図であり、図1bは図1aの隔離リングセンサー上への外力の効果を例示する。
図であり、図1bは図1aの隔離リングセンサー上への外力の効果を例示する。
【図2】
図1aのリングセンサー装置実施形態の透視図である。
【図3】
図3は本発明の望ましい実施形態による隔離リングセンサー作動を評価する実
験的構成を示す軸方向断面図である。
験的構成を示す軸方向断面図である。
【図4】
加えられた外力の面における先行技術リングセンサーの応答を示す。
【図5】
加えられた外力の面における本発明の実施形態による隔離リングセンサーの応
答を示す。
答を示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 リー、ソクウー
アメリカ合衆国、マサチューセッツ州
02139、ケンブリッジ、ピルグリム・スト
リート 46、アパートメント 302
(72)発明者 ヤン、ブー−ホ
アメリカ合衆国、マサチューセッツ州
02115、ボストン、ナンバー・217・マサチ
ューセッツ・アベニュー 221
(72)発明者 アサダ、ハルヒコ・エイチ
アメリカ合衆国、マサチューセッツ州
01773、リンカーン、オールド・カウンテ
ィ・ロード 147
Fターム(参考) 2G059 AA01 AA05 AA06 BB12 CC16
DD13 EE02 FF04 GG02 HH01
KK01 LL04 MM10 NN01
4C017 AA10 AA11 AA12 AA16 AB03
AC27 DD20 FF30
4C038 KK01 KL05 KL07 KM01 KX01
KY03 KY04
Claims (27)
- 【請求項1】 a.第1の質量により特徴付けられ、患者の指に近似の内リ
ング、 b.患者の皮膚温度、血流、血液成分濃度及び脈拍数の少なくとも1つに基づく
信号を与えるための、内リングに連結した少なくとも1つのセンサー、及び c.第2の質量により特徴付けられ、内リングに実質的に外部的であり患者の指
に連結される外リングであり、外リングが、外部荷重から内リングを遮蔽するよ
うに第1の質量より大きい外リング を含む、患者の健康状態をモニターするためのモニタリング装置。 - 【請求項2】 外リングが、内リングをさらに周囲光から遮蔽する、請求項
1に記載のモニタリング装置。 - 【請求項3】 外リングが、内リングをさらに慣性荷重から遮蔽する、請求
項1に記載のモニタリング装置。 - 【請求項4】 外リングが、内リングをさらに静的外力から遮蔽する、請求
項1に記載のモニタリング装置。 - 【請求項5】 内リングと外リングとの機械的切り離しをするように、セン
サーからエレクトロニクスモジュールに信号を伝えるための軟質の電気カップリ
ングをさらに含む、請求項1に記載のモニタリング装置。 - 【請求項6】 患者の指への内リングの圧力が特定の範囲内に調節できる、
請求項1に記載のモニタリング装置。 - 【請求項7】 患者の指への内リングの圧力が10乃至30mmHgの範囲
内に調節できる、請求項1に記載のモニタリング装置。 - 【請求項8】 患者の指への内リングの圧力が、非線形関数伸長である剛性
を有する物質により維持される、請求項1に記載のモニタリング装置。 - 【請求項9】 患者の指への内リングの圧力が、エラストマーにより維持さ
れる、請求項1に記載のモニタリング装置。 - 【請求項10】 光源、及び指内の動脈血流の特徴をモニターするための検
出器をさらに含む、請求項1に記載のモニタリング装置。 - 【請求項11】 光源が発光ダイオードである、請求項10に記載のモニタ
リング装置。 - 【請求項12】 光源により発せられる光の強度を制御するための制御ルー
プをさらに含む、請求項10に記載のモニタリング装置。 - 【請求項13】 制御ループが検出器におけるノイズに対する信号の比に応
答して光源により発せられる光の強度を制御する、請求項12に記載のモニタリ
ング装置。 - 【請求項14】 制御ループが温度センサーにより発生する信号に応答して
光源により発せられる光の強度を制御するように信号を発生させる温度センサー
をさらに含む、請求項10に記載のモニタリング装置。 - 【請求項15】 a.患者の皮膚温度、血流、血液成分濃度及び脈拍数の少
なくとも1つに基づく信号を与えるための、内リングに連結した少なくとも1つの
センサー及び b.センサーにより与えられる信号を処理するための、リング上に配置されるエ
レクトロニクスモジュールであり、生理学的測定のスケジュールを特定するため
のプロトコルスケジューラーを含むエレクトロニクスモジュール を含む、患者の健康状態をモニターするためのモニタリング装置。 - 【請求項16】 センサー信号に基づく生理学的データーを遠く離れたステ
ーションユニットに送るためのトランスポンダをさらに含む、請求項15に記載
のモニタリング装置。 - 【請求項17】 トランスポンダが、遠隔ステーションユニットからのプロ
トコルスケジューリング指令を受けるためのレシーバをさらに含む、請求項16
に記載のモニタリング装置。 - 【請求項18】 a.第1の質量により特徴付けられ、患者の指に近似の内
リング、 b.患者の皮膚温度、血流、血液成分濃度及び脈拍数の少なくとも1つに基づく
信号を与えるための、内リングに連結した少なくとも1つのセンサー、及び c.第2の質量により特徴付けられ、患者の指に連結される外リング、 d.センサーにより与えられる信号を処理するための、外リング上に配置された
エレクトロニクスモジュール、 e.内リングと外リングとの機械的切り離しをするように、センサーからエレク
トロニクスモジュールに信号を伝えるための軟質の電気カップリング を含む、患者の健康状態をモニターするためのモニタリング装置。 - 【請求項19】 軟質の電気カップリングが複数のワイヤを含む、請求項1
8に記載のモニタリング装置。 - 【請求項20】 a.信号を波に変換するための送信機、 b.指リングからの波を受ける少なくとも1つのレシーバー c.波を分析し、異常な健康状態を決定するための制御機 をさらに含む、請求項18に記載のモニタリング装置。
- 【請求項21】 外リングの質量が、内リングの質量の少なくとも10倍であ
る、請求項18に記載のモニタリング装置。 - 【請求項22】 内リングが軟質物質を含む、請求項18に記載のモニタリ
ング装置。 - 【請求項23】 軟質物質上の引張りが軟質物質の伸長の非線形関数である
、請求項22に記載のモニタリング装置。 - 【請求項24】 a.予定された時系列により、患者の体におけるある位置
において、皮膚温度、血流、血液成分濃度及び脈拍数を感知することに基づく信
号を発生すること、 b.信号を処理すること、 c.生理学的測定の位置から遠隔ステーションユニットに信号を送ること を含む、患者の健康状態をモニターするための方法。 - 【請求項25】 予定された時系列を変更する工程をさらに含む、請求項2
4に記載の方法。 - 【請求項26】 行われる測定に基づいて時系列を変更する工程をさらに含
む、請求項24に記載の方法。 - 【請求項27】 遠隔ステーションユニットからの少なくとも1つの指令の
伝達により予定された時系列を変更する工程をさらに含む、請求項24に記載の
方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13077499P | 1999-04-23 | 1999-04-23 | |
US60/130,774 | 1999-04-23 | ||
PCT/US2000/010429 WO2000064338A2 (en) | 1999-04-23 | 2000-04-18 | Isolating ring sensor design |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003528645A true JP2003528645A (ja) | 2003-09-30 |
Family
ID=22446269
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000613333A Pending JP2003528645A (ja) | 1999-04-23 | 2000-04-18 | 隔離リングセンサーデザイン |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6402690B1 (ja) |
JP (1) | JP2003528645A (ja) |
WO (1) | WO2000064338A2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007054497A (ja) * | 2005-08-26 | 2007-03-08 | Sharp Corp | 検出装置 |
JP2007252780A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Sharp Corp | センサシステム |
JP2009247679A (ja) * | 2008-04-08 | 2009-10-29 | Seiko Instruments Inc | 脈波検出方法および脈波検出装置 |
WO2012036386A2 (ko) * | 2010-09-15 | 2012-03-22 | 전자부품연구원 | 의료용 무선 원격 통신방식의 환자 모니터링시스템 |
JP2015039542A (ja) * | 2013-08-22 | 2015-03-02 | セイコーエプソン株式会社 | 脈波測定装置 |
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