JP2007508095A - 個体との生体電気相互作用を実施するための装置及びオンデマンドリードオフ検出を行なうための方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、電極29,29aによって個体との生体電気相互作用を実施するための装置であって、電極の電気接触の完全性についてのオンデマンド検証が実現される装置に関する。この装置20は、測定信号の品質に関して予め決められた事象の発生を決定するように構成される制御ユニット22を有する。予め決められた事象が検出される場合、制御ユニット22はテスト手段24を作動させる。このテスト手段は、テスト信号I1,I2を生成し、これらの信号を結合回路23,23aを介して電極に付与するように構成される。接触の完全性について累積的な情報が得られることが望ましい場合には、各電極につき1つずつのテスト信号を付与すれば十分である。どちらの電極がその接触を失っているのかを決定することが必要である場合には、テスト信号のシーケンスがシーケンサ24bによって生成される。電極29,29aからの応答信号は、好ましくは、通常の信号分析についても使用される入力フィルタ26に転送される。入力フィルタ26からの信号は、入力インピーダンス25,25aを介して入力増幅器28に導かれる。増幅された応答信号は、信号処理手段30に転送され、この信号処理手段が応答信号を分析するように構成される。好ましくは、振幅分析が行なわれる。信号処理手段30からの信号は、アナログ/デジタル変換器(ADC)32に供給され、その後、応答信号のデジタル処理が、他の処理ユニット34によって実施される。他の処理ユニット34が、接触の完全性が許容可能なレベルを下回ると決定する場合には、リードオフインジケータ36が作動される。
Description
本発明は、個体(individual,患者、個人)との生体電気相互作用を実施するための装置であって、
個体の皮膚に接触される場合に第1の電気信号を測定するように構成される複数の電極を有する検知手段と、
第2の信号を上記の電極の対応する入力部に供給するように構成されるテスト手段であって、これらの電極が、更に、第2の信号の受け取りに応じて応答信号を生成するように構成される、テスト手段と、を有する装置に関する。
個体の皮膚に接触される場合に第1の電気信号を測定するように構成される複数の電極を有する検知手段と、
第2の信号を上記の電極の対応する入力部に供給するように構成されるテスト手段であって、これらの電極が、更に、第2の信号の受け取りに応じて応答信号を生成するように構成される、テスト手段と、を有する装置に関する。
本発明は、更に、個体の身体部に対する電極の電気接触の完全性(integrity,何も損なわれていないこと)についてのオンデマンド検証を行なうための方法であって、上記の電極が個体との生体電気相互作用を実施する装置の一部である方法にも関する。
冒頭段落に記載されたような装置は、米国特許第5,792,063号明細書から知られている。この既知の装置は、個体の皮膚に取り付けられる一組の測定電極によって、個体の心電図(electrocardiogram;ECG)を測定するように構成されている。この知られている装置は、更に、個体の身体に取り付けられる中性電極を有し、それゆえ、この中性電極が、身体のインピーダンスを介して測定電極と電気的に接続される。この既知の装置は、更に、テスト信号を中性電極に送り出すように構成されるテスト手段を有し、それにより、測定電極に応答信号を誘導する(induce,生じさせる)。テスト信号を継続的に付与し、測定電極の応答信号をモニタリングすることによって、個体の身体に対する測定電極の接触の完全性が、継続的に検証される。
この知られている装置の欠点は、リードオフモニタリングのために他の中性電極が必要とされることである。測定電極の接触の完全性は、中性電極によって測定回路にテスト信号を誘導することによって間接的に検証される。中性電極の接触の完全性が損なわれる場合、このシステムは間違った結果を引き起こす。更に、この既知の装置は、接触の完全性を継続的にモニタリングするように構成される。生体電気相互作用を実施するように構成される電池式の持ち運びできる装置の場合、このシステムのアップタイム(up-time,稼働時間)は、既知のセットアップ(set-up,機構、設定)により実質的には短縮され、そのため、全体としての当該装置の適用可能性を制限する。
本発明の目的は、リードオフ検出が正確に実施され、システムの消費電力を最小限に抑える冒頭段落に記載されるような装置を提供することにある。
この目的のために、本発明による装置は、
第1の電気信号を分析し、この第1の電気信号に予め決められた事象(predetermined event,所定のイベント)が発生する時にテスト手段を作動させるように構成される制御ユニットと、
応答信号を分析し、完全性に関するパラメータを検出することによって、電極の接触の完全性を検証するように構成されるリードオフ検出手段と、を有する。
第1の電気信号を分析し、この第1の電気信号に予め決められた事象(predetermined event,所定のイベント)が発生する時にテスト手段を作動させるように構成される制御ユニットと、
応答信号を分析し、完全性に関するパラメータを検出することによって、電極の接触の完全性を検証するように構成されるリードオフ検出手段と、を有する。
本発明の技術的方策は、測定信号において予め決められた事象が検出される場合にのみ、接触の完全性を検証することが有利であるという洞察に基づいている。前もって決定する事象の実施例は、測定信号の信号対雑音比の低下又は任意の他の適切な定量パラメータである。予め決められた事象が検出される場合にのみ、本発明による装置の制御ユニットはテスト手段を作動させ、このテスト手段が、第2の電気信号を検知手段の電極の対応する入力部に送り出す。その後、対応する応答信号は、リードオフ検出手段によって分析される。好ましくは、リードオフ検出手段は、応答信号の振幅を基準値と比較するように構成されるコンパレータを有する。この場合、振幅が、接触の完全性に関するパラメータとして作用する。代替例として、リードオフ検出手段は、応答信号のデジタル分析を実施するように構成されるデジタル回路を有することもできる。こうした目的に適しているハードウェアは、信号処理の技術分野においてそれ自体が知られている。本発明の技術的方策によれば、接触の完全性が直接的にオンデマンドで検証されるスマート(smart,高性能の)装置が用意され、そのため、装置のアップタイム及び該装置の信頼性を向上させる。本発明による装置には中性電極が必要とされず、従って、簡単で信頼できるシステムをもたらし、このことは、個体の着心地のよさを高めることにも留意されなければならない。生体電気相互作用を実施するための装置の技術分野では、着心地のよさが、通常、消費者の好み(preference,選択)を決定する重要なパラメータの一つであることが理解されている。追加の電極を省くことによって、個体の皮膚への刺激が和らげられ、それゆえ、可能な着用時間を延ばすことができる。
本発明による装置のある実施形態では、テスト手段が、第1の電気信号と実質的に同じ帯域幅の第2の電気信号を生成するように構成される信号ジェネレータ(generator,発生器)を有する。心電図、脳波、呼吸速度(respiration rate,呼吸数)のような交流信号又は交流信号の任意の他のソースをモニタリングする技術分野では、とりわけ、帯域内テスト(in-band testing)を実施することが有利である。このようにして、モニタリング目的に対するものと同じハードウェアが、テスト目的に対しても使用されることができ、そのため、最小限の追加の製造費用及び装置寸法においても最小限の増加を伴う簡単な装置をもたらす。後者の寸法の利点は、継続的に動作するように構成される持ち運び可能なモニタリング装置にとって特に重要である。
本発明による装置の他の実施形態では、テスト手段が、更に、複数の電極のうち各々の電極の接触の完全性を決定するために、可変の第2の電気信号のシーケンスを電極の各々の入力部に送り出すシーケンサを有する。装置の検知手段が相当な数の電極を有する場合には、それらの電極のうちどの電極が接触の完全性を損なっているのかを自動的に決定する可能性を提供することが特に有利であることが分かっている。このため、種々の異なるテスト信号のシーケンスが、テスト手段によって生成される。適切なテスト信号の実施例が、表1に示される。
表1:接触の完全性を検出する2つのテスト信号の可能なセッティング(設定)
ここで、NORMは、通常のテスト信号を示し、例えば、10ヘルツ(Hz)、3ボルト(Volt)の方形波である。INVは、反転されたNORM信号を示す。OFFは、信号が生成されていないことを意味する。
表1:接触の完全性を検出する2つのテスト信号の可能なセッティング(設定)
ここで、NORMは、通常のテスト信号を示し、例えば、10ヘルツ(Hz)、3ボルト(Volt)の方形波である。INVは、反転されたNORM信号を示す。OFFは、信号が生成されていないことを意味する。
表1は、2つの電極のセットアップの実施例を示しているが、この方法は、2つより多い数の電極についても使用されることができる。表1のInput1,Input2によって示されるテスト信号を変更する及び/又は変化させることによって、第1の電極若しくは第2の電極又は双方の電極が、個体の身体に対して十分接触しているか否かを検出することが可能である。応答信号の分析は、好ましくは、システムプロセッサの信号処理によって行なわれる。
本発明による装置の更に他の実施形態では、この装置は、更に、パラメータの検出時にリードオフ検出手段によって作動可能にされるリードオフインジケータ手段を有する。接触の完全性が損なわれていることを個体及び/又は介護者に知らせることは有利であることが分かっている。この特徴は、電気刺激の分野において、生体電気相互作用が放電の送出を含む場合に特に有利である。想定される電気刺激の実施例は、心臓病患者に除細動ショックを与えること、又は他の治療目的のために筋肉刺激信号を付与することである。
本発明のこれら及び他の態様は、図面を参照して更に説明される。
図1は、本発明による装置のフロントエンドエレクトロニクスの一実施形態の概略図を示す。装置1は、2つの電極8,9を備える検知手段6を有し、これらの電極が個体の皮膚に接触される場合に、第1の電気信号Sを測定するように構成される。 これらの電極からの信号Sは、装置1のフロントエンドエレクトロニクス7に供給される。フロントエンドエレクトロニクス7は、適切な健康に関するパラメータを得るために上記の信号を分析し、このパラメータが、更に、モニタリング及び/又は治療目的のために装置1によって使用される。フロントエンドエレクトロニクス7は、入力増幅器/アナログ処理回路11、ADCユニット12、マイクロプロセッサ13及び制御ユニット15を有している。制御ユニット5は、事象抽出手段15を備えるセンサ信号解釈ユニット14を有している。装置1は、更に、予め決められた事象が検出される場合、検出手段5によって作動可能なテスト手段18を有している。テスト手段18は、ジェネレータ19によってテスト信号を生成し、このテスト信号が、好ましくは、測定信号と一緒の帯域内にある。ジェネレータ19は、更に、テスト信号Tを電極8,9の対応する入力部に付与するように構成される。テスト信号Tが付与される時、電極8,9は、第1の電気信号を測定せずに、応答信号S’を生成し、この応答信号が測定信号Sと同じやり方でフロントエンドエレクトロニクス7に供給される。電極によって誘導されたテスト信号のあらゆる測定可能な影響(influence,作用)が、応答信号S’として呼ばれることに留意されなければならない。フロントエンドエレクトロニクス7において、応答信号S’は制御ユニット5によって処理され分析される。万一、制御ユニット5が、個体の皮膚との電極の接触が許容可能な値を下回っていると決定する場合には、リードオフインジケータ(indicator,表示器)16が作動されて、電極8,9の取り外しに関して知らせる。
装置1は次のように動作する。電極の対応する接触面が個体の皮膚に接触される場合、電極8,9は対応する入力信号Sをフロントエンドエレクトロニクス7に供給する。フロントエンドエレクトロニクス7は、検知手段からの信号を受け取るための手段を提供し、アナログ処理回路11によって適したアナログ処理を実施する。この処理された生のデータは、ADC12によってデジタル形式に変換され、制御ユニット5に転送され、この制御ユニットにおいて個体の適切な健康に関するパラメータが分析される。例えば、心臓アプリケーションの場合、制御ユニット5は、心臓サイクルのR−Rピーク間隔を決定するために、それ自体が知られるQRS検出器を有することができる。制御ユニット5は、予め決められた事象15を得るように構成される信号解釈ユニット14を有している。例えば、心臓アプリケーションについて、所定の特徴は、信号の周波数、振幅又は信号対雑音比であり得る。好ましくは、予め決められた事象の基準値が、メモリユニット17のルックアップテーブル(図示略)に記憶される。更に、このシステムは、予め記憶された基準値が特定のユーザにとって損なわれた接触の完全性に該当しない場合、予め決められた事象に対するスレッショルド値が調整され、ルックアップテーブルに記憶される自己学習システムとして構成されることもできる。この特徴は、特に、運動している人をモニタリングするのに重要である。制御ユニット5は、更に、予め決められた事象が検出される場合には、トリガ信号をテスト手段18に供給するように構成される。テスト手段18はテスト信号を生成し、このテスト信号は、その後、電極8,9に導かれる(direct)。制御ユニット5は、更に、応答信号S’(M’)を分析し、上記の完全性に関するパラメータを検出することによって、電極の接触の完全性を検証するように構成されるリードオフ検出手段14aを有している。適切なパラメータの一例は、応答信号の振幅のスレッショルド値M’である。接触の完全性が予め決められた許容可能なレベルを下回る場合には、リードオフインジケータ手段16がリードオフ検出手段14aによって作動される。
図2は、2本のリード線をもつECG回路の一実施形態の概略図を示す。電極29,29aの電気接触の完全性についてのオンデマンド検証を実施するために、装置20は、予め決められた事象の発生を決定するように構成される制御ユニット22を有している。例えば、心臓モニタリングの場合、予め決められた事象は、信号の振幅若しくは信号対雑音比の或る値に、又は任意の他の適切な信号特性に割り当てられることができる。予め決められた事象が検出される場合には、制御ユニット22がテスト手段24を作動させる。このテスト手段は、テスト信号I1,I2を生成し、これらの信号を結合回路23,23aを介して、概略的に29,29aとして図示される電極に付与するように構成される。結合回路のインピーダンスの標準値は、100メガオーム(Mohm)のオーダーにある。テスト信号の形成は、好ましくは、表1に従ってジェネレータ24aによって行なわれる。接触の完全性に関する累積的な情報が得られることが望ましい場合には、各電極につき1つずつのテスト信号を付与すれば十分である。どちらの電極がその接触を失っているのかを決定することが必要である場合、表1に従って、一組のテスト信号が適切なシーケンサ24bにより生成される。患者の皮膚は、対応するインピーダンス27,27aにより電気的に表わされ、このインピーダンスは、乾式(dry,ドライ)電極については1メガオームのオーダーにあり、湿式(moist,モイスト)電極については100キロオーム(kOhm)のオーダーにある。電極29,29aからの応答信号は、好ましくは、通常の信号分析のためにも使用される入力フィルタ26に転送される。入力フィルタ26からの信号は、入力インピーダンス25,25aを介して入力増幅器28に導かれる。増幅された応答信号は信号処理手段30に転送され、この信号処理手段が応答信号を分析するように構成される。好ましくは、振幅分析が行なわれる。信号処理手段30からの信号は、アナログ/デジタル変換器(ADC)32に供給され、その後、応答信号のデジタル処理が、他の処理ユニット34によって実施される。他の処理ユニット34が、接触の完全性が許容可能なレベルを下回っていることを決定する場合には、リードオフインジケータ36が作動される。
図3は、個体の生理的状態をモニタリングするための装置の一実施形態の概略図を示す。この実施例において、装置40は、一組の電極48が取り付けられるキャリア(carrier,保持具)46を備えたウェアラブル(wearable,着用できる)衣料品44を有するボディウェア(body-wear,身体着用品)として構成され、これらの電極が個体の心臓活動を監視する。この実施形態は説明の目的のみに使用され、本発明の範囲を制限するように使用されることはできないことに留意されなければならない。装置40は、更に、図1によって、電極48からの信号を分析すると共に、予め定義された事象の発生を決定するために制御ユニット52を有している。予め決められた事象が発生していることが分かった場合には、例えば、測定信号の信号対雑音比が低下し、制御ユニット52はテスト手段50を作動させ、このテスト手段がテスト信号を電極に送り出す。テスト信号の適切な実施例は、表1に見られることができる。電極によって生成される応答信号は、電極の接触の完全性に関するパラメータを決定するために、制御ユニット52によって分析される。このようなパラメータが決定され、接触の完全性が許容可能なレベルを下回ることが分かった場合には、リードオフインジケータ(図示略)が作動されて、電極の取り外しについて個体及び/又は介護者(carer,世話をする人)に警告を与える。
図4は、個体の身体部に電気刺激を与えるための装置の一実施形態の概略図を示す。この目的のためには、種々のタイプの筋肉刺激器(myostimulator)及び自動体外除細動器を含む複数のユニットが適している。図4の実施形態では、自動体外除細動器(AED)が示される。このAED50は、正面図51及び背面図51aに示される制御ユニットを有し、この制御ユニットが、外部リード線52及び54と相互作用するように構成され、それによって、まず心不全を患う人の心電図が測定される。制御ユニット51は、ハンドルA、オン/オフボタンC及びユーザパネルJを有し、このパネル上に、AEDの始動後の手順ステップ及び案内指示メッセージが投影される。更に、電極52及び電極54がその人体のどこに置かれるべきかについても示される。光インジケータBは、他のフィードバックをオペレータに供給する。制御ユニット51は、更に、他の情報を与えるインジケータD,Eを有している。ボタンFはショック送出ボタンであり、Gは赤外線通信ポートである。制御ユニット51は、更に、バッテリL及びスマートパッドカートリッジラッチを有している。AEDがスタンバイモードにある場合、光インジケータBが点滅し、使用中の状態については、光インジケータBが一定の光を出力する。制御ユニット51が、その人体の状態がショックを与えることが可能と決定する場合には、電極の取り外しにより信号品質が低下される場合の不必要なショックを避けるために、リードオフ検出が実施される。このために、AEDユニット50は、テスト信号を電極に送り出すように構成されるテスト手段(図示略)を設けている。電極からの応答信号は、ECG分析のために使用されるものと同じ回路によって分析される。電極の何れかが取り外されるべきであると決定される場合には、ECGの先行の捕捉が正しくない可能性があることをバイスタンダーに警告するために、視覚アラームI及び/又は音声アラームHが作動される。本発明の技術的方策によれば、このAEDは簡単で信頼できる自動リードオフ検出手段を具備し、この手段により、システム全体としての信頼できる動作(operation,操作)を確実にする。
本発明は好ましい実施形態を参照して説明されているけれども、これらの実施形態が限定的な実施例ではないことを理解されたい。従って、請求項によって規定される本発明の範囲から逸脱しなければ、種々の変更形態が当業者に明らかになるであろう。本発明は、ハードウェア及びソフトウェアの双方によって実現されることができ、複数の「手段」がハードウェアの同じアイテムにより表わされてもよい。いかなる参照符号も請求項の範囲を制限するものではない。
Claims (9)
- 個体との生体電気相互作用を実施するための装置であって、
前記個体の皮膚に接触される場合に第1の電気信号を測定するように構成される複数の電極を有する検知手段と、
第2の電気信号を前記電極の対応する入力部に送り出すように構成されるテスト手段であって、前記電極が、更に、前記第2の電気信号の受け取りに応じて応答信号を生成するように構成される、テスト手段と、
前記第1の電気信号を分析し、前記第1の電気信号に予め決められた事象が発生する時に前記テスト手段を作動させるように構成される制御ユニットと、
前記応答信号を分析し、完全性に関するパラメータを検出することによって、前記電極の前記接触の前記完全性を検証するように構成されるリードオフ検出手段と、
を有する装置。 - 前記テスト手段が、前記第1の電気信号と実質的に同じ帯域幅の前記第2の電気信号を生成するように構成される信号ジェネレータを有する、請求項1に記載の装置。
- 前記テスト手段が、更に、前記複数の電極のうち各電極の前記接触の前記完全性を決定するために、可変の第2の電気信号のシーケンスを前記電極の各入力部に送り出すように構成されるシーケンサを有する、請求項2に記載の装置。
- 前記パラメータの検出時に、前記リードオフ検出手段によって作動可能にされるリードオフインジケータ手段を更に有する、請求項1乃至3の何れか一項に記載の装置。
- 前記生体電気相互作用が、前記個体の生理的状態のモニタリングを含む、請求項1乃至4の何れか一項に記載の装置。
- 前記生体電気相互作用が、前記個体の身体部への電気刺激を含む、請求項1乃至5の何れか一項に記載の装置。
- 個体の身体部に対する電極の電気接触の完全性についてのオンデマンド検証を行なう方法であって、前記電極が前記個体との生体電気相互作用を実施するように構成される装置の一部である、方法であって、
前記電極によって第1の電気信号を測定するステップと、
予め決められた事象が発生する場合に、前記第1の電気信号を分析するステップと、
前記予め決められた事象の検出時に、第2の電気信号を生成するステップと、
前記第2の電気信号を前記電極の入力部に付与することによって、応答信号を生成するステップと、
前記完全性に関するパラメータを検出するために、前記応答信号を分析するステップと、
を含む方法。 - 前記第2の電気信号が、前記第1の電気信号と実質的に同じ帯域幅に生成される、請求項7に記載の方法。
- 可変の第2の電気信号のシーケンスを前記電極の各入力部に付与するステップと、
前記複数の電極のうち各電極の前記接触の前記完全性を決定するために、前記応答信号の結果的に得られるシーケンスを処理するステップと、
を更に含む請求項8に記載の方法。
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