JP2009519737A - 人の心拍数及び／又は心拍数変動を監視する装置並びに同じ機能を含むリストウォッチ - Google Patents

Abstract

ユーザの心臓を監視する監視装置（４）であって、その装置は、ユーザの腕（２０）の電気的パラメータにおける変化を測定するための複数のセンサ（１４、１６）を含み、そこから、心電図、心拍数、及び／又は心拍数変動における変化を判定できる。その装置は、その電気的パラメータにおける変化から心電図、心拍数及び／又は心拍数変動を判定するためのデータプロセッサ（２８）、及び、そのユーザがその心電図、心拍数及び／又は心拍数変動を知ることができるようにするための出力デバイス（３２）を更に含む。本発明の基本的な考え方は、例えば、チェストバンドを用いることなくそのユーザの心臓を監視するための全ての手段を有する単一のリストバンド（特に、リストウォッチである。）のみを用いることにある。ここで、その単一のリストバンドは、その少なくとも一つのセンサを少なくとも備え、詳細には、そのデータプロセッサも含み、また、更に詳細には、その出力デバイスをも含む。

Description

本発明は、ユーザの心臓を監視する監視装置に関し、その装置は：ユーザの四肢の一つ（特に、腕）における少なくとも一つの電気的パラメータにおける変化（その変化から心電図、ユーザの心臓の心拍数及び／又は心拍数変動が判定できる。）を測定するための少なくとも一つのセンサ；その少なくとも一つの電気的パラメータにおける変化からその心電図、心拍数及び／又は心拍数変動を判定するためのデータプロセッサ；、及び、そのユーザがその心電図、心拍数及び／又は心拍数変動を聴覚的に且つ／或いは視覚的に知ることができるようにするための出力デバイス；を含む。

本発明はまた、そのような監視装置を含むリストウォッチに関する。

そのような監視装置は、耐久性スポーツの実施中に心拍数及び／又は心拍数変動を監視できるようにするためにアスリート（運動選手）によって広く用いられている。更に、そのようなシステムは、起こり得る心臓麻痺と関連して心拍数が監視されている心臓病患者によって使用される。

人の心拍数及び／又は心拍数変動を監視するためのシステムが既に知られている。その既知のシステムは、二つのリストバンドを含む。動作中、心拍数が判定されるべき人の手首のそれぞれには、そのリストバンドの一つが着けられ、各リストバンドは、複数のセンサを含み、それらは、特定の電気的パラメータを測定し、それらから心電図（ＥＣＧ）が判定される。そのシステムは、その後、心拍数及び／又はその変動を判定する。そのリストバンドは、心拍数及び／又は心拍数変動が表示されるディスプレイを有する。そのようなシステムは、例えば、２００３年５月２３日に公開されたMeasurement Science and TechnologyのC.J.Harlan, T.D.Clark及びR.J.Pranceによる‘High resolution ambulatory electrocardiographic monitoring using wrist-mounted electric potential sensors’から既知である。

人の体の表面の様々な位置に貼り付ける電極と、心拍数及び／又は心拍数変動を表示するためのディスプレイを有するリストバンドとを採用した別のシステムも知られている。

それらの既知のシステムの不利点は、それらシステムがそれらシステムを使用する人にとってひどく目立つものであるという事実にある。

そのシステムの更なる不利点は、そのリストウォッチが心拍数及び／又はその変動を表示できるようにするために、その人の体の上の特定の位置からそのリストバンド又はそれらリストバンドのうちの一つにデータが転送されなければならないという事実にある。チェストベルトからリストウォッチまでのデータ転送がワイヤレスであれば、そのデータ転送は、同様のシステムを使用する他人から来る信号によって乱されてしまう。配線を通じてデータが転送された場合には、その配線は、そのシステムを使用するユーザにとって、更に不必要に目立つものとなる。
C.J.Harlan、T.D.Clark、R.J.Prance著、「High resolution ambulatory electrocardiographic monitoring using wrist-mounted electric potential sensors」、Measurement Science and Technology、２００３年５月２３日

本発明の目的は、上述の不利点に対して処置を施すことである。

本発明のその目的を達成するために、特に、ユーザの四肢表面を介して、そのユーザの四肢の少なくとも一つの電気的パラメータにおける変化を測定するために、少なくとも一つのセンサをそのユーザの四肢のところか、或いは、その近くに位置付けるよう構成される装置が提供される。

本発明に従ったその装置を使用することで、それらセンサの全ては、その四肢のところか或いはその近くに、すなわち、互いに近距離のところに、位置付けられる。これは、追加のチェストベルトの準備が必要とされる既知のシステムに対比して、装置のコンパクトな設計を可能とする。

また、追加のチェストベルトが必要となることが避けられるので、装置の設計は、既知のシステムよりもずっと着け心地がよいデザインを提供できる。

更に、コンパクト設計の可能性のおかげで、センサ群とデータプロセッサとの間の干渉は容易に回避される。

請求項２に従った装置の好適な実施例が提供される。心電図（ＥＣＧ）測定を実行するために、少なくとも二つのセンサが必要とされる。

請求項４に従った装置の重要な有利点は、電位センサ（ＥＰセンサ）が、測定を実行する上で、ガルバニックコンタクトを必要としないという事実にある。例えば、電場の変化を測定するために二つのＥＰセンサが使用されてもよい。

また、本発明に従った装置の実施例は、少なくとも一つのセンサがＡｇ／ＡｇＣｌ電極のような電極を含むということで、提供されてもよい。Ａｇ／ＡｇＣｌ電極は広く使用されているからであり、そのような電極の使用は、本発明の実施を容易にするからである。更に、Ａｇ／ＡｇＣｌ電極は、良好な信号対雑音比を有する信号を供給できる。

請求項８に従った装置の別の実施例、より詳細には、請求項９に従った装置が提供される。そのような実施例は、簡単な構造を可能にさせる。

キャパシタに周期信号を供給するために、請求項１０に従った装置が提供される。その周期信号は、好適には、二つの値を実質的に有する信号である。それの重要な有利点は、そのキャパシタの出力信号をそのデータプロセッサに適合させるためにＡＤコンバータが必要とされない点である。

また、請求項１４に従った装置の実施例も提供される。これは、実行された測定の向上した精度につながる。

本発明の特別な実施例において、その少なくとも一つのセンサは、センサ群の配列を含み、それはまた、測定精度を有意に向上させることができる。

また、請求項３に従った装置の実施例も提供され、それも、測定精度を有意に向上させることができる。

好適には、その装置は、その少なくとも一つのセンサをそのユーザの手首のところに位置付けるように構成される。その電気的パラメータを実質的にその手首のところで測定し、その結果、更にずっとコンパクトな設計を可能にさせるためである。

本発明の基本的な考え方は、例えば、チェストバンドを使用することなしに、ユーザの心臓を監視する全ての手段を有する単一のリストバンド（特に、リストウォッチ）のみを用いる点にある。この点、好適には、その単一のリストバンドは、その少なくとも一つのセンサを少なくとも備え、また、詳細には、そのデータプロセッサも含み、更に詳細には、その出力デバイスをも含む。

本発明のこれらの、及び、他の態様は、添付図面を参照しながら、後述の実施例を参照することで明らかとなり、かつ、解明される。そこでは、同様の部品が同様の参照符号で参照される。

図１は、監視装置４の第一実施例を使用する人の手１及び手首２を示す。図２を参照すると、装置４は、二つの針９’及び９”を持つタイムディスプレイ８を有するハウジング６と、第一ストラップ部１０及び第二ストラップ部１２を有するリストバンドとを含む。例えば、その装置は、リストウォッチ状の装置であり、かつ、そのユーザの手首に着けて持ち運ばれるよう構成される。

本実施例において、第二ストラップ部１２は、人の腕２０における手首２の表面１８上の異なる二つの位置で電位を判定するために、二つの電位センサ１４、１６を備える（図１参照。）。点線２２及び２４を用いて図２で概略的に示されるように、センサ１４及び１６は、この実施例では、センサ１４及び１６からの差分値を決定するために、コンパレータ２６に接続される。装置４はまた、手首２の表面１８上の二つの電位の差分値における変化から、心電図、心拍数及び／又は心拍数変動を判定するためのデータプロセッサ２８を含む。装置４は更に、その心電図、心拍数及び／又は心拍数変動をその人が視覚的に知ることができるようにするための心拍数ディスプレイ３０で形成される出力デバイスを含む。その装置は、その少なくとも一つのセンサを、特に、そのユーザの四肢の表面を経てそのユーザの四肢の電気的パラメータの少なくとも一つにおける変化を測定するために、図１及び２で見られるように、そのユーザの四肢の表面のところに、或いは、その近くに位置付けるよう構成される。

この実施例においてはリストウォッチに組み込まれる装置４を使用するアスリートは、例えばランニング中に、彼の心電図、心拍数及び／又はその変動を、彼の時計を見ることで、簡単にチェックすることができる。心拍数が高すぎる状態になった場合、そのアスリートは、所定のトレーニング計画を維持するために、彼の行動状態を下げることができる。

或いは、装置４は、コンピュータゲームをしながら、使用されてもよい。心電図、心拍数及び／又は心拍数変動が、コンピュータゲームのパラメータとして用いられてもよい。例えば、その装置のユーザによってコントロールされるコンピュータゲームのキャラクタの能力が、そのユーザの心拍数による影響を受けてもよい。

その装置の使用における別の応用では、心拍数及び／又は心拍数変動が、心臓麻痺の発生、及び／又は、心臓麻痺の発生の可能性を判定するために使用されてもよい。心臓麻痺の判定に基づいて、その装置は、外部レシーバ３１に対してアラーム信号を生成するように構成されてもよい。

第一実施例の第一変形例が図３に示され、そこでは、心拍数及び／又心拍数変動をその人が聴覚的に知ることができるようにするために、出力デバイス３２が備えられる。心拍数ディスプレイ３０の代わりに、装置４は、ソケット３４と配線３８及びソケット３４に挿入するよう構成されるプラグ４０を有するイヤホーン３６とで形成される出力デバイスを含む。しかしながら、イヤホーン３６とプラグ４０との間のワイヤレス通信もまた、可能である。第一実施例のこの変形例において、データプロセッサ２８は、音声（例えば、人の声）を用いることによって彼／彼女の心拍数及び／又心拍数変動をその人に定期的に知らせるように構成される。

図４は、第一実施例の第二変形例を示す。第二変形例は、第二変形例では少なくとも一つの電位センサ１４が装置４のハウジング６内又はその上に含まれ、コンパレータ２６とその少なくとも一つの電位センサ１４との間の簡単な接触を可能にさせる点で、図１及び２に示される装置と異なる。電位センサ１４とコンパレータ２６との間で必要な何れの接続もが全てハウジング６内にあるからである。

図５及び６において、ＡＤコンバータＡＤがアナログ信号をデジタル信号に変換するために備えられ得ることが示されている。図５において、センサ１４、１６のそれぞれは、それぞれのセンサ１４、１６に直接接続されるＡＤコンバータと共に備えられる。図６において、ＡＤコンバータＡＤは、センサ１４及び１６からの差分値がデジタル信号に変換されるように位置付けられる。好適には、そのＡＤコンバータは、不要なノイズを抑えるための帯域通過フィルタＢＰを含む。

図７は、その装置の第二の、より進化した実施例を概略的に示す。図７において、タイムディスプレイ８の針は、明瞭化のため省略されている。図６には、センサ群の配列１４_ｉｊが備えられている。これらのセンサ群１４_ｉｊは、好適には、電位センサで形成される。しかしながら、Ａｇ／ＡｇＣｌ電極のような他のセンサ群がセンサ群１４_ｉｊとして使用されてもよい。この具体的な実施例では、センサ群１４_ｉｊの配列の全てがハウジング６上に位置付けられ、使用時に、そのユーザの腕の表面１８に隣接する。

更に、第二実施例は、加速度計４２を含み、それは、腕２０の加速度を判定するために備えられる。加速度計４２は、その腕の加速度値を決定する。また、データプロセッサ２８は、その腕の加速度に起因する少なくとも一つの電気的パラメータの測定値における変動値の見積もりを決定するよう構成され、この変動を補償できるようにする。更に、加速度計４２は、その変動を補償する能力を更にもっと高めるために、その腕の加速度における定期的なパターンを認識するよう構成されてもよい。

図８は、装置４の第三実施例を示す。この実施例では、装置４は、二つのキャパシタ電極４６及び４８を有するキャパシタ４４を含み、これらの電極のそれぞれは、プレートで形成される。使用中、キャパシタ電極４６及び４８は、その腕の実質的に向き合う側部の位置に位置付けられ、それら向き合う側部は、その腕の上又はその近くのそれぞれの位置で互いに外側を向く。電極４６及び４８は、オシレータ５０に電気的に結合され、それは、動作中、キャパシタ４４を通じて所定周波数で周期的な電気信号を送信する。この具体的な実施例では（図９参照。）、装置４のデータプロセッサ２８は、その周期信号をバイナリ信号Ａに変換するためのコンバータ５２と、そのバイナリ信号の信号値における変化に応じて出口信号としてパルストレインＢを生成するためのワンショット５４と、ワンショット５４によって生成されたパルストレインＢの移動平均＜Ｂ＞を生成するための平均化ユニット５６とを更に含む。コンバータ５２が必要となることを避けるために、オシレータは、ブロック信号等のバイナリ信号を生成するよう準備され、備えられてもよい。ワンショット５２によって生成される単一パルスは、固定時間長さを有し、かつ、そのパルスは、その出口信号の信号値における変化に反応してのみ生成されるので、平均化ユニット５６によって生成されるその移動平均値は、そのバイナリ信号の周波数を示す。この移動平均信号に基づいて、計算ユニット５８は、心拍数及び／又は心拍数変動を計算することができる。

キャパシタ４４の電気容量が一定値を有する場合、そのバイナリ信号の周波数は、そのオシレータの初期周波数に等しい。しかしながら、装置４が動作中の場合には、キャパシタ４４の容量が手首の動脈で生じる血液パルスに起因して変化する。これらの血液パルスは、電極４６及び４８の間に置かれた腕の部分の全体の誘電率のような電気的パラメータにおける変化を生じさせる。この変化の結果、そのバイナリ信号の周波数が変化し、そして、平均化ユニット５６の出口値も変化する。この出口値から心拍数及び心拍数変動が簡単に判定され、そして、ディスプレイ３０に送信され得る。

本発明が前掲の実施例に限定されないことは、当業者にとって明らかである。例えば、第一又は第三実施例が第二実施例の開示のところで説明された加速度計を備えることが考えられる。また、本明細書で開示されたデータプロセッサに加えて、種々のデータプロセッサが、添付の請求項によって規定されるような本発明の枠組みから逸脱することなく、応用に適したものとなり得る。

例えば、そのリストバンドは、様々な方法で構成されてもよく、また、例えば、一以上のストラップを含んでいてもよく、且つ／又は、別の方法で準備されてもよい。

本発明に従った装置を使用することにより、それらのセンサの全てが、その四肢の位置のところに、或いは、その近くに位置付けられ、すわなち、互いに近距離のところに位置付けられることができる点に再度留意すべきである。これは、追加のチェストベルトが備えられる必要がある既知のシステムと大いに異なり、その装置のコンパクトな設計を可能にさせる。特に、その装置は、使用中、実質的にそのユーザの手首の回りに延び、そのことは、よりコンパクトな設計を可能にさせる。

また、追加のチェストベルトが必要となることが避けられるので、その装置の設計は、既知のシステムよりもずっと着け心地がよいデザインを提供できる。

更に、その少なくとも一つのセンサ、データプロセッサ、及び／又は、出力デバイスは、様々な方法でそのリストバンドに結合されてもよく、例えば、その少なくとも一つのセンサ、データプロセッサ、及び／又は、出力デバイスは、そのリストバンドに結合されてもよく、そのリストバンドに一体的に接続されてもよく、それに取り外し可能に接続可能であってもよく、そのリストバンドのハウジング内に、且つ／或いは、別の態様で含まれていてもよい。そのような実施例は、添付の請求項によって規定される本発明の範囲に含まれるものと見なされる。

単語“含む”は、その装置の一部における他の要素や方法の追加ステップの存在を除外するものではない点に留意すべきである。また、単語“一の”／“一つの”（単数形）は、複数を除外するものではない点にも留意すべきである。更に、請求項における参照符号は、本発明の範囲を限定するものとしては解釈されない。

本発明に従った装置の第一実施例の透視図である。 図１に示された装置の上面図である。 図１に示された実施例の第一変形例の上面図である。 図１に示された実施例の第二変形例の上面図である。 図１に示された実施例の実施に適した第一オルタネート回路である。 図１に示された実施例の実施に適した第二オルタネート回路である。 本発明に従った装置の第二実施例の上面図である。 本発明に従った装置の第三実施例の上面図である。 図７の装置に含まれるデータプロセッサの概略図である。

Claims (23)

1. ユーザの心臓を監視するための装置であって：
   前記ユーザの四肢の一つ、特に腕の、少なくとも一つの電気的パラメータにおける変化を測定するための少なくとも一つのセンサであり、その変化から前記ユーザの心臓の心電図、心拍数及び／又は心拍数変動が判定可能であるところの少なくとも一つのセンサ；
   前記少なくとも一つの電気的パラメータにおける前記変化から前記心電図、心拍数及び／又は心拍数変動を判定するためのデータプロセッサ；及び
   前記ユーザが聴覚的に且つ／或いは視覚的に前記心電図、心拍数及び／又は心拍数変動を知ることができるようにするための出力デバイス；を含み、
   当該装置は、特に、前記ユーザの四肢の前記表面を通して前記ユーザの四肢の前記少なくとも一つの電気的パラメータにおける前記変化を測定するために、前記少なくとも一つのセンサを前記ユーザの四肢の表面のところに、或いは、その近くに位置付けるように構成される装置。
2. 前記四肢の前記電気的パラメータの少なくとも一つを判定するための少なくとも二つのセンサを含む、
   請求項１に従った装置。
3. 当該装置は、ハウジングを含み、
   該ハウジングは、前記データプロセッサ、前記少なくとも一つのセンサを含み、
   該ハウジングは、好適には、前記出力デバイスをも含む、
   請求項１又は２に従った装置。
4. 前記センサの少なくとも一つは、電位センサである、
   請求項２又は３に従った装置。
5. 少なくとも二つのセンサを含み、
   当該装置は、前記少なくとも二つのセンサのそれぞれによって測定された値の差分値を決めるコンパレータを更に含む、
   請求項４に従った装置。
6. 前記センサの少なくとも一つは、Ａｇ／ＡｇＣｌ電極のような電極を含む、
   先行する請求項の何れか一項に従った装置。
7. 当該装置は、当該装置が前記ユーザの手首で持ち運びされ得るように、単一のリストバンドを含み、
   当該装置は、好適には、一つのリストウォッチを含む、
   先行する請求項の何れか一項に従った装置。
8. 前記センサの少なくとも一つは、使用中に前記四肢の実質的に向き合う側部の位置に位置付けられ得る二つのキャパシタ電極を有するキャパシタを含み、
   前記少なくとも一つの電気的パラメータは、前記四肢の誘電率であり、
   前記キャパシタは、使用中、前記キャパシタの電気容量が前記四肢の少なくとも一つの血管における脈圧に敏感となるように、配置される、
   請求項１乃至７の何れか一項に従った装置。
9. 前記電極の少なくとも一つは、蓄電板で形成され、
   好適には、前記電極のそれぞれが、蓄電板によって形成される、
   請求項８に従った装置。
10. 当該装置は、前記キャパシタに周期信号を供給するためのオシレータを含む、
    請求項８又は９の何れか一項に従った装置。
11. 前記周期信号は、実質的に二つの値を含む信号である、
    請求項１０に従った装置。
12. 当該装置は、前記四肢の加速度を判定するための加速度計を含む、
    先行する請求項の何れか一項に従った装置。
13. 前記データプロセッサは、前記四肢の加速度に起因する前記少なくとも一つの電気的パラメータの測定値における変動値の見積もりを決定するように構成される、
    請求項１２に従った装置。
14. 前記データプロセッサは、前記少なくとも一つの電気的パラメータの測定値における変動を補償するよう構成される、
    請求項１３に従った装置。
15. 前記少なくとも一つのセンサは、センサ群の配列を含む、
    先行する請求項の何れか一項に従った装置。
16. 先行する請求項の何れか一項に従った監視装置を含む、例えば、リストウォッチである、リストバンド。
17. 当該リストバンドは、当該リストバンドを彼／彼女の手首に持っている人に対して時刻を表示するためのタイムディスプレイを含み、好適には、前記出力デバイスが、前記タイムディスプレイに含まれる、
    請求項１６に従ったリストバンド。
18. 前記心拍数及び／又は心拍数変動がコンピュータゲームにおけるパラメータとして使用される、
    請求項１乃至１５の何れか一項に従った装置、又は、請求項１６若しくは１７に従ったリストバンドの使用方法。
19. 前記心電図、心拍数及び／又は心拍数変動がトレーニング計画において使用される、
    請求項１乃至１５の何れか一項に従った装置、又は、請求項１６若しくは１７に従ったリストバンドの使用方法。
20. 前記心電図、心拍数及び／又は心拍数変動が、心臓麻痺の発生、及び／又は、心臓麻痺の発生の可能性を判定するために使用される、
    請求項１乃至１５の何れか一項に従った装置、又は、請求項１６若しくは１７に従ったリストバンドの使用方法。
21. 前記心電図、心拍数及び／又は心拍数変動が、心臓麻痺の発生を判定するために用いられ、心臓麻痺の判定の際に、前記装置は、アラーム信号を生成する、
    請求項１乃至１５の何れか一項に従った装置、又は、請求項１６若しくは１７に従ったリストバンドを使用する患者の心臓を監視するための方法。
22. 前記アラーム信号は、外部レシーバに対して送信される、
    請求項２１に従った方法。
23. 例えば、請求項１乃至１５の何れかに従った装置を使用してユーザの心臓を監視するための方法であって、
    少なくとも一つのセンサがユーザの四肢の表面のところ、又は、その近くに位置付けられ、
    前記センサは、前記ユーザの四肢の表面を通して前記ユーザの四肢の少なくとも一つの電気的パラメータにおける変化を測定し、
    前記ユーザの四肢の前記少なくとも一つの電気的パラメータにおいて検出された変化は、前記ユーザの心電図、心拍数及び／又は心拍数変動を判定するために用いられ、
    好適には、判定された前記心電図、心拍数及び／又は心拍数変動は、保存され、遠隔地に送られ、表示され、且つ／或いは、前記ユーザが聴覚的に且つ／若しくは視覚的に知ることができるようにされる、
    方法。

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